На Китай приходится 90% мирового производства редкоземельных элементов, которые критически необходимы для изготовления мощных постоянных магнитов для ветрогенераторов и моторов электромобилей и для многих других изделий, в том числе военного назначения.
В докладе Оксфордского института энергетических исследований объясняются причины такой ситуации и возможные варианты действий потребителей по сокращению зависимости от Китая.
На Китай приходится 90% мировой выработки редкоземельных элементов, которые критически необходимы для производства мощных постоянных магнитов для ветрогенераторов и моторов электромобилей, накопителей энергии, катализаторов, лазеров, изделий военной техники. В докладе Оксфордского института энергетических исследований «Доминирование Китая в области редкоземельных элементов и ответные меры» объясняются причины такой ситуации и возможные варианты действий потребителей по сокращению зависимости от Китая. Конечный вывод: минимум до 2030 года доминированию Китая в редкоземах ничего не угрожает.
Редкоземельные элементы (РЗЭ) включают группу из 17 элементов: 15 лантаноидов плюс скандий и иттрий. РЗЭ разделены на две группы: легкие РЗЭ (LREE) относительно распространены по сравнению с тяжелыми РЗЭ (HREEs).
По объему потребления среди РЗЭ лидирует неодим. За ним особенно высоким спросом со значительной ценой следуют два HREE (тербий и диспрозий) и два LREE (празеодим и европий).
Сами по себе РЗЭ не редки для земной коры. Масштабы доказанных запасов РЗЭ по всему миру более чем в 400 раз превышают текущую годовую добычу. Эти доказанные запасы находятся на всех континентах, причем на долю Китая, России, Бразилии и Вьетнама приходится около 83% от общего объема. Многие месторождения РЗЭ выявлены, но еще не оценены должным образом, особенно в Африке.
Добыча РЗЭ еще более сконцентрирована, чем запасы. На долю Китая приходится 70% мировой добычи, на США − 14,3%, Австралию − 6,0%, на Таиланд, Вьетнам и Мьянму − еще 7,7%. На долю остальных стран приходилось всего 2% процента общемировой добычи.
Японцы обнаружили РЗЭ в илах глубоководного морского дна. Сейчас на международном уровне обсуждают условия добычи глубоководных ресурсов, в чем заинтересована, например, Норвегия, а против такой добычи выступают экологические организации.
Одна из причин лидерства Китая − только здесь находятся единственные в мире месторождения, богатые HREE.
Минералогия редкоземельных руд очень изменчива, часто сложна и является ключевым фактором при переработке руд, напоминают авторы доклада.
Самые значительные мощности по выработке РЗЭ с чистотой до 99,9% находятся в Китае (90%) и Малайзии. Большинство компаний, добывающих руды с содержанием РЗЭ, на месте производят только концентрат, а на дальнейшую переработку отправляют его в Китай. Основным исключением является компания Lynas, отправляющая концентрат руды с РЗЭ со своего рудника Маунт-Уэлд в Австралии на перерабатывающий завод в Малайзии. Небольшие производства есть в Эстонии и во Франции.
Причина небольшого числа установок по разделению и рафинированию заключается в том, что на это производство приходится до 80% капитальных затрат по всей цепочке поставок от рудника до металла и 50-75% от общих эксплуатационных расходов, которые сильно варьируются и зависят от затрат на энергию (электроэнергию и газ), технологические материалы (различные химикаты, в основном кислоты) и на выполнение экологических норм.
Как при добыче, так и при переработке РЗЭ образуется огромное количество вредных для окружающей среды и здоровья человека материалов. По оценкам, при производстве 1 тонны редкоземельного металла образуется 2000 тонн (!) твердых отходов.
Первое месторождений РЗЭ было открыто в Китае в 1927 году в Баян Обо во Внутренней Монголии, добыча началась в 1950-х годах. Рудник Баян Обо в настоящее время является крупнейшим в мире рудником по добыче РЗЭ. В 1960-е годы были открыты месторождения РЗЭ в провинциях Шаньдун, Сычуань, Цзянси, Гуандун, Фуцзянь, Хунань и Гуанси.
Пока правительство Китая не навело порядок с добычей и переработкой РЗЭ в Баян Обо, здесь в результате обогащения выделялась вода, содержащая 5% радиоактивного тория и высокие концентрации других загрязняющих веществ. Работники страдали от целого ряда проблем со здоровьем. Исследование, проведенное в 90-х в городе Баотоу недалеко от шахты Баян Обо, показало, что в волосах горожан содержатся значительно повышенные концентрации потенциально токсичных элементов.
Ущерб окружающей среде был еще больше на юге Китая, где РЗЭ добывались из глин методом выщелачивания, что приводило к загрязнению почвы и воды.
Осознавая важность РЗЭ, Государственный совет КНР в 1975 году учредил Национальную программу по разработке редкоземельных элементов и Ведущую группу по их применению. После правительство неуклонно наращивало исследования и финансирование добычи и переработки РЗЭ, и к концу 1980-х годов Китай стал их крупным производителем.
С 1990-х годов правительство Китая взяло курс на рост инвестиций в переработку РЗЭ, которые позволили улучшить качество рафинированного металла и снизить затраты. К тому времени Китай экспортировал редкоземельные металлы в больших объемах и по низким ценам, вынуждая других производителей закрывать или сокращать производство. Такую политику Китай проводил не только в отношении редкоземов, но и для других полезных ископаемых. На графиках приведен результат политики Китая по превращению страны в крупнейшего переработчика разных ископаемых, добываемых в других странах, и доли стран в производстве РЗЭ для постоянных магнитов.
В начале 2000-х правительство Китая провело консолидацию производственных мощностей, закрыв неэффективные предприятия по добыче и обогащению РЗЭ, и ввело квоты на экспорт РЗЭ, которые неуклонно сокращались. В итоге доля экспортируемой продукции к 2012 году снизилась до 20% с 90% в 2000 году − производители, нуждающиеся в редкоземах для своей продукции, вынуждены были переносить производство на территорию Китая.
Масштабы международной торговли Китая редкоземельными продуктами сильно колебались. Экспорт соединений РЗЭ и металлов вырос с 34 832 тонн в 2015 году до пика в 53 031 тонну в 2018 году, прежде чем снизится до 35 448 тонн в 2020 году. Импорт редкоземельных руд вырос с 10 666 тонн в 2015 году до пика в 70 600 тонн в 2018 году, а затем снизился до 47 641 тонны в 2020 году. Как экспорт, так и импорт оксидов редкоземельных элементов существенно сократились в течение 2022 года, а экспорт еще больше сократился в первые три месяца 2023 года.
Циркулируют сообщения, что Китай может запретить экспорт некоторых редкоземельных металлов, например, для изготовления магнитов, в отместку за запрет США на экспорт полупроводников.
Цены на редкоземы отличаются волатильностью, а цены сделок могут существенно расходиться с официальными биржевыми ценами. Например, цены на неодим с 2011 года варьировались от 50 $/кг до 280 $/кг в начале 2022 года в разгар перебоев в глобальной цепочке поставок, связанных с Covid. Текущие цены составляют около 80 $/кг.
Диспрозий в настоящее время продается примерно по цене 528 $/кг по сравнению с 238 $/кг в 2018 году и 28,5 $/кг в 2003 году. Пик цены пришелся на начало 2011 года − 3410 $/кг.
Ожидается, что спрос на РЗЭ сильно возрастет в течение следующих нескольких десятилетий, главным образом за счет спроса на постоянные магниты в ветряных турбинах и электромоторах. Для этих применений прямых заменителей РЗЭ, обладающих аналогичными эксплуатационными характеристиками, не существует. Имеются только ограниченные технологические возможности для снижения спроса, особенно в сегменте электромобилей, хотя и с компромиссами между стоимостью и эффективностью.
Международное энергетическое агентство прогнозирует, что в соответствии с его сценарием устойчивого развития (SDS) спрос на РЗЭ для производства экологически чистой энергии возрастет в семь раз в период с 2020 по 2040 год. Согласно SDS, общий спрос на неодим вырастет с 30 000 тонн в 2020 году до более чем 90 000 тонн в 2040 году, при этом 40% спроса приходится на аккумуляторы EV и ветряные турбины.
Спрос на РЗЭ для ветряных турбин, обусловленный спросом на неодим для постоянных магнитов, вырастет с 4000 тонн в 2020 году до 12 000 тонн в 2040 году, но более широкое внедрение альтернативных технологий может снизить этот показатель до 8000 тонн.
Спрос на неодим для электромоторов увеличится в пятнадцать раз − с менее чем 2000 тонн до более чем 25 000 тонн.
Согласно оценкам компании Adamas Intelligence, с 2022 по 2035 года общий объем рынка оксидов редкоземельных металлов вырастет с $3,8 млрд до $36,2 млрд.
Особенно критично использование РЗЭ в ветряных турбинах, прежде всего, в оффшорных. Постоянные магниты, используемые в этих турбинах, как правило, содержат 2,7–3,4 тонны РЗЭ на турбину (по сравнению всего с 2-4 кг на EV).
Постоянный магнит NdFeB обладает более сильным магнитным полем, чем альтернативные варианты, что позволяет снизить вес и габариты больших турбин. Внешняя система питания при этом не требуется, что обеспечивает большую эффективность, упрощает конструкцию и делает ее более безопасной. Пожары в гондолах турбин потушить невозможно.
В докладе описываются разные предложения и прогнозы по сокращению потребления РЗЭ для магнитов и варианты с полным отказом от таких магнитов, что приводит к потенциально огромному разбросу в прогнозах потребления.
Развитые страны предпринимают интенсивные шаги по снижению своей зависимости в РЗЭ от Китая. Европейский союз и Япония провели серию трехсторонних семинаров на тему РЗЭ. Япония отдельно вложилась в предприятия в Австралии, Казахстане и Вьетнаме.
В 2013 году Министерство обороны США подготовило доклад о стратегических и критически важных полезных ископаемых, в котором рекомендовалось накапливать запасы. По состоянию на 2023 год Агентство оборонного снабжения находилось в процессе накопления запасов 600 тонн неодима, 70 тонн празеодима и 100 тонн аккумуляторных блоков NdFeB. Министерство энергетики создало Институт важнейших полезных ископаемых для содействия сотрудничеству в области исследований и разработок между компаниями, университетами и национальными лабораториями. Пока же 75% магнитов NdFeB США получают из Китая.
В 2010 году ЕС запустил инициативу по сырьевым ресурсам, за которой последовал «Критический отчет по сырьевым ресурсам» в 2014 году, а несколько членов ЕС разработали свои собственные стратегии в области сырья.
США в июне 2022 года возглавили создание «Партнерства в области безопасности полезных ископаемых» (Minerals Security Partnership) для «укрепления важнейших цепочек поставок полезных ископаемых, необходимых для перехода к экологически чистой энергетике». В первой встрече, состоявшейся в сентябре 2022 года, приняли участие Австралия, Канада, Финляндия, Франция, Япония, Республика Корея, Норвегия, Швеция, Соединенное Королевство, США и Европейский союз, а также такие богатые полезными ископаемыми страны, такие как Аргентина, Бразилия, Демократическая Республика Конго, Монголия, Мозамбик, Намибия, Танзания и Замбия.
Хотя политическая активность ускорилась в течение 2022-2023 годов, эти шаги вряд ли существенно ограничат доминирование Китая в цепочках поставок РЗЭ в ближайшей перспективе, считают оксфордские эксперты. Китай добился доминирования в производстве и переработке РЗЭ благодаря сочетанию ранних шагов в этой отрасли, десятилетий слабого экологического регулирования, которое сделало возможным существование незаконных шахт и перерабатывающих заводов, а также за счет государственных инвестиций по всей цепочке поставок, экспортного контроля, низких затрат на рабочую силу и общего масштаба развития отрасли.
Создание мощностей по добыче полезных ископаемых и их переработки занимают много лет, и из-за экологических и других нормативных ограничений вряд ли будут расширяться в Европе, Великобритании и других развитых странах с достаточной скоростью, чтобы существенно снизить риски сбоев поставок до 2030 года. Пока же Европы критически зависит от китайских ресурсов.
Материал подготовлен Институтом развития технологий ТЭК
Все материалы рубрики «Нефть и Газ»
31.07.2023
