Er ontstond recent controverse over het gebruik van "zeldzame aardmetalen", met name in windenergie en elektrische auto's. De winning van deze metalen is inderdaad schadelijk voor het milieu. En de duurzame technologieën zijn momenteel bezig met het uitwerken van alternatieven. Een voorbeeld dat door vele andere economische sectoren zou moeten worden gevolgd.
De recente publicatie van het boek “De oorlog van zeldzame aardmetalen. De schaduwzijde van de energie- en digitale transitie “door de Franse journalist Guillaume Pitron heeft de controverse van de afgelopen jaren weer doen oplaaien:” De groei van hernieuwbare energie en elektrische mobiliteit impliceren een massaal gebruik van de zogenaamde zeldzame aardmetalen, waarvan de winning en productie schadelijk zijn voor het milieu en de gezondheid. ”
Je kunt de argumenten van Guillaume Pitron lezen in dit interview (in frans) met het tijdschrift Techniques Ingénieurs en zijn boek hier bestellen.
Zoals in elk maatschappelijk debat, is het nuttig om de standpunten te vergelijken vooraleer men zich een mening vormt.
Renouvelle.be, het magazine gewijd aan nieuws over duurzame energie, uitgebracht door een gespecialiseerde en non-profit vereniging (Apere vzw) en ondersteund door de overheid voor zijn rol van permanente vorming, wil daarom een niet-controversieel standpunt ontwikkelen over dit relevante debat.
Laten we kijken of er een duurzame ontwikkeling zonder het gebruik van “zeldzame aardmetalen” mogelijk en wenselijk is.
Wat zijn zeldzame aardmetalen ?
De zeldzame aardmetalen zijn een verzameling van 17 chemische elementen van de beroemde tabel van Mendelejev die alle scholieren ooit moeten kennen. Voor een volledige definitie: Wikipedia.
Onder zeldzame aardmetalen vallen 17 verschillende metalen die in veel technologische toepassingen worden gebruikt.
De oxiden en metaallegeringen van deze elementen worden in veel toepassingen gebruikt:
- Om autokatalysatoren te produceren en olie te verfijnen (24% van de toepassingen).
- Om permanente magneten te produceren (23% van de toepassingen), die worden aangetroffen in elektrische motoren en generatoren, smartphones en tablets, militaire technologie, bepaalde windturbines …
- Voor de productie van het polijstpoeder (12% van de toepassingen), gebruikt voor alle soorten schermen: LCD tv’s, computers, smartphones, tablets, … Al deze alledaagse voorwerpen waarvan de productie enorm is verhoogd in het laatste decennium .
- …
U vindt een gedetailleerde analyse van de toepassingen in de Panorama van de Markt van Zeldzame Aardmetalen 2014 en in de presentatie van het Europese EURARE-project.
 |
 |
Zeldzame aardmetalen worden aangetroffen in elektromotoren met permanente magneten (gebruikt in veel industrieën) en in smartphones.
Verdeling van de zeldzame aardmetalenproductie per land en het verbruik van zeldzame aardmetalen per toepassing in 2015, volgens het artikel “Global Potential of Rare Earth Resources and Rare Earth Demand from Clean Technologies” (2017).
Zijn ze echt zeldzaam?
De naam “zeldzame aardmetalen” komt van het feit dat men ze in de late 18e eeuw in ertsen heeft ontdekt (vandaar de naam “aard”), ongewoon in die dagen en moeilijk om ze van elkaar te scheiden met de technieken die op dat moment werden gebruikt.
De term ‘zeldzaam’ verwijst niet naar de zeldzaamheid van deze elementen, maar naar de zeldzaamheid van hun erstlaag. In feite worden ze in overvloedige hoeveelheden in de aardkorst gevonden, maar ze zijn sterk verdund. Hun fysisch-chemische eigenschappen maken dat ze zelden voldoende concentratieniveaus hebben om exploiteerbaar te zijn.
In 2017 schatte een publicatie in het wetenschappelijke tijdschrift Minerals dat de wereldreserves van oxiden van zeldzame aardmetalen 478 miljoen ton bedroeg. Aan het tempo van het huidige verbruik (in de orde van 130.000 ton/jaar), hebben we dus nog een voorraad van enkele honderden jaren. Zelfs bij een sterke groei van de vraag zal er geen tekort zijn.
Daarnaast zijn de reserves verspreid over verschillende continenten (kaart hieronder).
Een markt die diversifieert
In de jaren 2000 zorgde China voor een quasi monopolie op de markt voor zeldzame aardmetalen via een beleid van quota en prijsdumping. Maar sinds de prijsstijging in 2011 is de markt gediversifieerd.
China blijft veruit ’s werelds grootste producent, gevolgd door Australië (Mount Weld-site) en Rusland. Maar ongeveer vijftigtal projecten vorderen snel in 34 landen, verspreid over 5 continenten.
Japanse wetenschappers hebben bijvoorbeeld ertslagen van zeldzame aardmetalen ontdekt en geanalyseerd in de bodem van de Stille Oceaan, en schatten dat deze voorraad goed is voor honderden jaren wereldwijde consumptie.
Negatieve milieueffecten
Zeldzame aardmetalen kunnen dus voldoen aan de marktvraag. Moeten we dit dan toejuichen?
In de meeste betrokken landen verontreinigen de technieken voor de winning en de zuivering van zeldzame aardmetalen bodem en water. Ze vereisen hydrometallurgische processen en zuurbaden die zware metalen, zwavelzuur en radioactieve elementen (uranium en thorium) afgeven.
In China is een radioactiviteit gemeten in de dorpen van Binnen-Mongolië nabij de zeldzame aardmetalen van Baotou die 32 keer hoger is dan normaal (bij Tsjernobyl is dit 14 keer hoger dan normaal); terwijl veel gevallen van kanker worden toegeschreven aan de exploitatie van zeldzame aardmetalen.
Deze vervuilingen worden aangeklaagd door Greenpeace China en verschillende internationale milieuverenigingen.
Op de Baotou-site in China, ’s werelds grootste raffinaderij van zeldzame aardmetalen, komen radioactieve resten vrij in een aangrenzend kunstmatig meer. Foto: Onbekende velden
Het productieproces van zeldzame aardmetalen in China, geïllustreerd door feiten en details.
Tegenwoordig is het echter mogelijk om zeldzame aardmetalen te extraheren en te produceren met respect voor de strenge milieu- en gezondheidsnormen. Deze normen zouden in alle betrokken landen moeten worden toegepast, inclusief landen die lakser zijn ten aanzien van milieu en de gezondheid van de lokale bevolking.
Maar is de markt klaar om de noodzakelijke kosten op zich te nemen zodat deze activiteit gebeurt volgens de strenge milieu- en gezondheidsnormen?
Voor een duurzame ontwikkeling zonder zeldzame aardmetalen
De energietransitie in Europa mag niet ten koste gaan van ecosystemen en lokale populaties elders in de wereld.
Om de duurzaamheid van hun activiteiten te verbeteren, moeten de betrokken economische sectoren daarom processen of “low-tech” componenten implementeren zonder zeldzame aardmetalen. De elektrische mobiliteit en de windsector zijn momenteel evenwel toonaangevend.
Elektrische mobiliteit heeft geen zeldzame aardmetalen meer nodig
in dit debat wordt er soms met de vinger gewezen naar elektrische voertuigen omwille van hun behoefte aan permanente magneten gemaakt van zeldzame aardmetalen.
De fabrikanten van elektrische voertuigen kunnen en willen het echter doen zonder zeldzame aardmetalen, legt de vereniging AMPERes uit in dit artikel. Vervang gewoon de rol van de magneten door een relaisspoel. Modellen zoals Renault Zoe (de bestverkopende in Europa) of Tesla (de bestverkopende in Amerika) gebruiken deze technologie en hun motor bevat geen zeldzame aardmetalen.
Wat de batterijen betreft, zijn de oude modellen – die zeldzame aardmetalen bevatten – tegenwoordig vervangen door Li-ion-batterijen, met veel hogere prestaties en zonder zeldzame aardmetalen.
Daardoor is de toekomst en ontwikkeling van elektrische mobiliteit op geen enkele manier afhankelijk van de exploitatie van zeldzame aardmetalen. De olieraffinage en de katalysatoren van thermische auto’s daarentegen, die niet kunnen zonder zeldzame aardmetalen, behoren tot de grootste consumenten. Zoals veel huishoudelijke technologische of industriële apparaten.
Tegelijkertijd roept het gebruik van Li-ionbatterijen andere vragen op: wat zijn de echte reserves aan lithium? Kan de winning worden gedaan zonder de betrokken ecosystemen te schaden (China, Bolivia, Chili, …)? Ook dit milieudebat moet worden overwogen.
Bovendien moet worden opgemerkt dat Europa een circulaire economie voor batterijen voor elektrische voertuigen wil ontwikkelen, waardoor ze kunnen worden gerecleerd en verschillende levens kunnen bieden. Zo kan het gebruik ervan worden gemaximaliseerd zodat de noodzaak van het winnen van zeldzame aardmetalen enorm zal verminderen.
Over het algemeen steunen milieuorganisaties het scenario van een 100% elektrisch wagenpark in Europa tegen 2050, gecombineerd met een drastische vermindering van de vervoersbehoeften, om de huidige luchtverontreiniging te verminderen, veroorzaakt door brandstofwagens en verantwoordelijk voor 467.000 vroegtijdige sterfgevallen per jaar (lees de studie van de European Climate Foundation).
Wetenschappers hebben ook de volledige CO2-balans van elektrische voertuigen in Europa geanalyseerd. Tegen 2030 stoten deze voertuigen 66% minder CO2 uit dan een dieselauto en in 2050 80% minder CO2 ! De milieubalans zal duidelijk positief zijn in Europa (lees ons artikel 2 miljoen elektrische auto’s in België ?).
De windturbine zonder zeldzame aardmetalen geeft een voorbeeld
in de windturbinesector worden zeldzame aardmetalen (met name neodymium) soms gebruikt voor de productie van permanente magneten die synchrone generatoren uitrusten. Het gebruik van zeldzame aardmetalen kan, afhankelijk van de technologie (met of zonder versnellingsbak) en de rijsnelheid, meer of minder belangrijk zijn. Het kan 1/3 van het gewicht aan permanente magneten vertegenwoordigen (lees dit artikel uit het wetenschappelijke tijdschrift “Resources Policy”).
Onshore windenergie ontwikkelt zich voornamelijk zonder het gebruik van zeldzame aardmetalen. In Wallonië bijvoorbeeld, bevat een groot deel van de geïnstalleerde windturbines geen permanente magneten (de Enercon- en Senvion-turbines, die het grootste deel van de installaties vertegenwoordigen, bevatten geen zeldzame aardmetalen.
Bij offshore windenergie blijven permanente magneten interessant, voornamelijk vanwege de compactheid van de generatoren, efficiëntie en lagere onderhoudskosten.
De stijging van de prijzen voor zeldzame aardmetalen in 2011 moedigde de windproducenten aan om op zoek te gaan naar alternatieven om het prijsrisico met betrekking tot deze hulpbron te beperken.
Het Europese EcoSwing-onderzoeksproject ontwikkelt generatoren met supergeleiders die 100 keer minder zeldzame aardmetalen nodig hebben.
Het onderzoek en ontwikkeling om de afhankelijkheid van zeldzame aardmetalen in windenergie te verminderen of zelfs te elimineren zijn in volle gang (lees over het JRC-rapport over windenergietechnologie). Het doel is om de turbines te optimaliseren of alternatieven te vinden die zeldzame aardmetalen kunnen vervangen door componenten met vergelijkbare eigenschappen.
Zo verminderen de ontwikkelingen in de vervaardiging van permanente magneten en het ontwerp van generatoren reeds de behoefte aan zeldzame aardmetalen. Generatoren met supergeleiders kunnen ook het gewicht van de generator verminderen en het gebruik van zeldzame aardmetalen (van 200 kg / MW tot minder dan 2 kg / MW) aanzienlijk verminderen. Een Europees onderzoeksproject over dit onderwerp is lopende en is van plan om in de loop van 2019 een 3,6 MW near-shore-turbine in Denemarken in dienst te nemen.
Door de meest recente ontwikkelingen in onderzoek is de directe vervanging van zeldzame aardmetalen mogelijk. Het Britse bedrijf GreenSpur Renewables ontwikkelde ’s werelds eerste synchrone generatoren met een permanente magneet en ferriet: turbines van 3 en 6 MW zijn geïnstalleerd en een turbine van 15 MW wordt verwacht tegen 2021.
Het Britse bedrijf GreenSpur Renewables heeft ’s werelds eerste permanente magneet-synchrone generator met ferriet als alternatief van zeldzame aardemetalen ontwikkeld.
Bovendien onderzoeken studies, in het kader van een circulaire economie, ,de recyclage van magneten, wat gunstig is voor het milieu en de kritikaliteit van de hulpbron vermindert.
Volgens de analyse van dit artikel van het wetenschappelijke tijdschrift “Resources Policy” zullen de substitutiestrategieën ongetwijfeld afhangen van de evolutie van de prijzen op de markt en de technisch-economische voordelen van de alternatieven zonder zeldzame aarden.
Desalniettemin lijkt het realistisch om te denken dat lopend onderzoek binnen een paar jaar het gebruik van zeldzame aardmetalen in windenergie tot een minimum zal beperken of zelfs volledig zal elimineren.
Laten we ook niet vergeten dat milieuverenigingen het scenario van een Europa van 100% hernieuwbare energie tegen 2050 ondersteunen, in combinatie met een drastische vermindering van de energievraag, gezien de positieve effecten ervan op het milieu, het klimaat, de gezondheid en de economische ontwikkeling.
Conclusie
De ontwikkeling van duurzame energie in Europa – elektrische mobiliteit, windenergieproductie, enz. – mag niet ten koste gaan van een ecosysteem en een lokale bevolking elders in de wereld.
Hernieuwbare energietechnologieën en elektrische voertuigen willen echter verder zonder zeldzame aardmetalen.
Zeldzame aardmetalen worden gebruikt in veel huishoudelijke, technologische of industriële apparaten. De consument moet zich ervan bewust zijn er zich zeldzame aardmetalen bevinden in veel toestellen van zijn dagelijkse leven (smartphone, computer, LCD, …).
In een perspectief van duurzaamheid is het daarom wenselijk om het gebruik van zeldzame aardmetalen in de veel voorkomende toepassingen te verminderen en te vervangen. Met het voorbeeld van windenergie en elektrische mobiliteit, zouden vele andere economische sectoren ook alternatieve industriële processen of componenten moeten implementeren die het milieu respecteren.
Wanneer komt er een label “Smartphone zonder zeldzame aardmetalen”?
Bovendien moet parallel aan een geleidelijke stopzetting van deze hulpbron een zeer strikte milieuwetgeving worden ingevoerd in landen waar de winning van zeldzame aardmetalen plaatsvindt, om de bodem, het water en de menselijke gezondheid te beschermen.