Движущая сила энергетического перехода: цикличные редкоземельные элементы (McKinsey & Company)

Редкоземельные элементы (РЗЭ) стали важнейшими строительными блоками для обеспечения энергетического перехода. Это особенно актуально для конкретных РЗЭ, необходимых для производства магнитов для РЗЭ, используемых в электродвигателях и ветряных турбинах.

В связи с ожидаемым ростом спроса на редкоземельные металлы в следующем десятилетии, учитывая высокую концентрацию добываемых и перерабатываемых запасов в Китае, глобальным и локальным цепочкам поставок придется учитывать важные геополитические события, такие как недавние экспортные ограничения Китая на отдельные виды средних и тяжелых редкоземельных металлов. и уникальные проблемы устойчивого развития. Кроме того, ожидается, что недавнее повышение роли РЗЭ в повестке дня по обеспечению устойчивости во многих странах ускорит эти тенденции, создавая новые возможности для создания цепочек создания стоимости в сфере циклических РЗЭ за счет решения текущих задач по восстановлению.

Спрос на РЗЭ должен утроиться в течение следующего десятилетия, чему будет способствовать энергетический переход.

К редкоземельным элементам относятся 17 элементов, четыре из которых наиболее часто используются в магнитах на основе редкоземельных элементов: неодим (Nd), празеодим (Pr), диспрозий (Dy) и тербий (Tb). Первые два являются основными компонентами, а последние два — добавками для повышения эффективности в более требовательных областях применения.

Сегодня магнитные РЗЭ составляют около 30% от общего объёма РЗЭ, но на их долю приходится более 80% стоимости. В перспективе ожидается, что мировой спрос на магнитные РЗЭ утроится с 59 килотонн (кт) в 2022 году до 176 кт в 2035 году благодаря значительному росту популярности электромобилей (ЭМ), опережающему темпы замены РЗЭ медными магнитами, а также высоким темпам расширения мощностей возобновляемой ветроэнергетики.

В отсутствие прогнозов добычи в Китае, откуда сегодня поступает большая часть добываемых и перерабатываемых материалов и где горнодобывающая деятельность регулируется квотами, в настоящее время объявленный портфель проектов может не удовлетворить потребности спроса на 60 тыс. тонн, или примерно на 30 процентов от общего предполагаемого спроса в 2035 году.

В сценарии, при котором китайские объемы будут восполнять дефицит поставок до 2035 года, геополитические соображения могут создать дополнительную нагрузку на отрасль, которая и так страдает от проблем с масштабированием в других регионах, несмотря на активизацию усилий по созданию местных цепочек поставок.

Местные первичные цепочки поставок могут оказаться недостаточными для удовлетворения внутреннего спроса

Поскольку магниты на основе РЗЭ берут на себя роль ключевых компонентов во многих высокотехнологичных приложениях, общий спрос на РЗЭ широко распределен по географическим регионам и, вероятно, останется таковым. В то же время производство первичных РЗЭ является одной из наиболее географически концентрированных цепочек поставок материалов, при этом на Китай в 2023 году приходилось более 60 процентов добытых и более 80 процентов очищенных поставок. Более детальное рассмотрение траектории легких и тяжелых РЗЭ рисует более тонкую картину. Доля Китая в добыче и переработке легких РЗЭ может оставаться на текущем уровне до 2035 года — несмотря на заявления из других регионов — если мощности будут наращиваться историческими темпами. Напротив, текущие прогнозы показывают, что более 60 процентов тяжелых РЗЭ, которые имеют ключевое значение для высокопроизводительных применений в ветряных турбинах, электромобилях или робототехнике, могут добываться в Азиатско-Тихоокеанском регионе и перерабатываться в Китае до 2035 года.

Недавние геополитические события и их влияние на торговлю возродили стремление к созданию локальных цепочек создания стоимости редкоземельных металлов в основных регионах, включая обсуждение того, как нормативно-правовая база может способствовать ускорению развития от геологоразведки до производства магнитов. Хотя такие усилия могут привести к постепенной диверсификации поставок (например, путём сокращения доли Китая в горнодобывающей промышленности до менее 50%), текущие пути развития и траектории, вероятно, не оправдают ожиданий в ближайшие пять-десять лет. Кроме того, недавние ограничения Китая на экспорт отдельных средних и тяжёлых редкоземельных металлов служат примером подверженности риску, связанному с дополнительным сокращением цепочек поставок.

В перспективе вторичные поставки могут стать важным каналом для создания дополнительных местных запасов. Это особенно актуально, учитывая крайне длительные сроки открытия новых рудников, экологические проблемы и технологические сложности, с которыми сталкиваются новые компании, стремящиеся к масштабированию и достижению конкурентоспособных цен на разделение РЗЭ.

Хотя переработка отходов потребления может создать значительный дополнительный источник РЗЭ, их восстановление остается сложной задачей.

По оценкам, в 2035 году производство магнитов может потребить 176 кт РЗЭ. Между тем, ожидается, что цепочка создания стоимости РЗЭ будет генерировать около 40 кт первичного потребительского лома, образующегося на этапах проектирования и производства магнитов, а также 41 кт вторичного потребительского лома от различных конечных применений, приближающихся к концу срока службы.

В свете экологических проблем, возникающих при добыче и переработке, а также эксплуатационных сложностей при вводе в эксплуатацию первичных мощностей, вторичные РЗЭ могут стать вариантом увеличения устойчивых источников поставок.

Поскольку большая часть производства магнитов в нисходящей цепочке осуществляется в Китае, большая часть лома РЗЭ, полученного от потребителей, также будет производиться, перерабатываться и извлекаться в этом регионе, при этом степень извлечения достигнет технических пределов. В отличие от этого, лом из источников, полученных от потребителей, вероятно, будет географически диверсифицирован, хотя фактические поставки могут оставаться ограниченными всего несколькими килотоннами из-за сложностей с извлечением уже собранных магнитов.

Ожидается, что пункты приема металлолома будут постоянно переходить от небольших магнитов в бытовой электронике и бытовых приборах к более крупным магнитам в электромобилях и ветряных турбинах.

Расширение использования магнитных РЗЭ для электромобилей и ветряных турбин может привести к постоянному изменению пулов лома к 2050 году. Сегодня более 80 процентов лома РЗЭ поступает из бытовой электроники, бытовой техники или транспортных средств с двигателями внутреннего сгорания, во всех из которых используются относительно небольшие магниты для двигателей, исполнительных механизмов и датчиков, среди прочего.

Хотя эти области применения, скорее всего, сохранят свою актуальность в течение следующих десяти лет, отходы трансмиссий электромобилей, промышленных двигателей и ветряных турбин могут достичь аналогичного объема, обеспечив новый резерв более крупных магнитов, содержащих более высокую долю ценных тяжелых РЗЭ.

Переработка отходов РЗЭ может остаться сложной задачей даже при условии сбора большего количества материалов

Цепочка создания стоимости вторичной переработки РЗЭ сталкивается с ограничениями как в части сбора отходов потребления, так и в части извлечения магнитов из РЗЭ. Учитывая, что в ближайшие десять лет магниты из РЗЭ в основном будут использоваться в устройствах с заведомо низкими показателями сбора, таких как электрическое и электронное оборудование бытовой техники и электроники, существует значительный потенциал для улучшения сбора.

Даже если сбор магнитов РЗЭ будет улучшен, материалы, вероятно, не будут извлекаться в большинстве областей применения, особенно с использованием магнитов малого или среднего размера. Для этого потребуется специальная сепарация магнитов для дальнейшей переработки, что в настоящее время не применяется в существующих цепочках создания стоимости переработки, ориентированных на высокоценные или крупногабаритные материалы (например, золото и медь или алюминий и сталь).

Стоимость ручной изоляции магнитов может оказаться непомерно высокой для извлечения более мелких и менее ценных магнитов РЗЭ.

Магниты из редкоземельных элементов представляют собой сложную задачу для современных экосистем переработки: устройства частично разбираются, измельчаются, а затем сортируются по магнитным свойствам и другим параметрам. В результате магниты из редкоземельных элементов могут попасть в металлургический завод, где они будут потеряны в виде шлака.

Поскольку общая стоимость магнитов РЗЭ снижается по мере того, как они все чаще применяются в бытовых приборах и потребительской электронике, возможности ручной обработки компонентов с целью извлечения магнитов ограничены просто потому, что стоимость их демонтажа будет непомерно высокой.

Использование вторичных источников РЗЭ сегодня требует поиска новых решений для изоляции магнитов.

Для более эффективного извлечения РЗЭ, вероятно, потребуются новые подходы. В этой связи некоторые промышленные и исследовательские организации изучают методы целенаправленного разделения (с помощью автоматизированной роботизированной разборки), объемной магнитной изоляции (с помощью гидрометаллургии и пирометаллургии) и водородной переработки (путем водородной декрипитации). Другие изучают альтернативные методы циклического извлечения, например, извлечение РЗЭ из хвостов шахт, остатков сжигания угля или других отходов, таких как красный шлам.

Многие из этих технологий всё ещё находятся на стадии исследований и разработок или пилотных проектов и требуют значительного масштабирования, прежде чем их можно будет апробировать на промышленном уровне. Использование практически неиспользуемого пула потребительского лома, вероятно, потребует от участников продумать, как интегрировать переработку РЗЭ в существующие экосистемы переработки. Два момента могут способствовать этой интеграции: во-первых, участники, уже извлекающие другие материалы из потребительских товаров, могут продемонстрировать эффективные решения. Во-вторых, можно одновременно обрабатывать несколько материалов, включая новые этапы в существующие процессы или переосмысливая технологические цепочки.

Ускорение энергетического перехода требует стабильного предложения редкоземельных элементов (РЗЭ) для удовлетворения спроса на новые, более материалоёмкие технологии, одновременно сокращая выбросы материалов. Переработка бывших в употреблении магнитов РЗЭ может служить обеим целям, а долгосрочное сотрудничество по всей цепочке создания стоимости может помочь решить некоторые проблемы переработки РЗЭ. Например, производители и OEM-производители могут помочь переработчикам сосредоточиться на нужных устройствах, предоставляя прозрачную информацию о местоположении магнитов, их составе и стоимости — усилия, важность которых также признают регулирующие органы. Активизация энергетического перехода начинается с понимания динамики вокруг пулов металлолома, того, какие технологии конкурентоспособны сегодня и какие будут конкурентоспособны в ближайшие годы, а также того, как создавать альянсы и интегрированные цепочки создания стоимости, чтобы помочь этим технологиям сдвинуться с мертвой точки.

Источник: https://www.mckinsey.com/industries/metals-and-mining/our-insights/powering-the-energy-transitions-motor-circular-rare-earth-elements