Zeldzame aarden

Zijn electrische auto's en hybrides echt onze toekomst?

Vrijwel wekelijks lezen we in kranten en tijdschiften hoe goed het zou zijn als we ons met electrische auto’s zouden voortbewegen, liefst opgeladen vanuit windmolens. Energiebedrijven investeren in publieke stopcontacten, de Toyota Prius en andere hybrides zijn vrijgesteld van BPM, de regeringen subsidieren windmolenparken of andere vormen van groene energie. De wereld gaat voor groen.

Dit alles onder de dreiging van de klimaat- en olie-crisis. We moeten besparen op CO2 uitstoot, zuiniger met fossiele brandstoffen omgaan, de olie raakt op en wordt steeds duurder. Redenen genoeg om het roer om te gooien en alternatieve energie- en mobiliteits-vormen te ontwikkelen. Intussen dreigt een andere cisis: de grondstoffen-crisis. Afgelopen jaren gingen de wereldhandels-prijzen van staal, koper en andere metalen scherp omhoog. Inmiddels zijn deze prijzen weer een stuk gedaald door de recessie, maar we mogen aannemen dat deze metalen weer duurder worden als de wereldeconomie aantrekt.

Welke metalen zijn van groot belang en waarom?

Een belangrijke en wat onderbelichte klasse van metalen die schaars en duur zijn wordt gevormd door de zgn. zeldzame aarden (Rare Earths), zoals Neodymium (Nd), Lanthaan (La), Samarium en Cerium (Ce). Deze metalen behoren chemisch tot een grote klasse van elementen in het periodiek Systeem (de chemische klassificatie van de elementen) zoals Scandium (atoomnummer 21), Yttrium (39), en de 15 elementen vanaf nummer 57 (Lanthaan) tot 71 (de zgn. Lanthanides). In de natuur komen de zeldzame aarden niet voor als vrije metalen maar meestal als gemengde oxides of zouten, zoals carbonaten of fosfaten. Hoewel aanvankelijk werd gedacht dat deze elementen zeldzaam waren blijken ze toch in redelijke hoeveelheden in de aardkorst voor te komen (de hoeveelheid Cerium in de aardkorst is bijvoorbeeld drie keer groter dan Koper of Lood, toch vrij bekende metalen). ook de oorspronkelijke benaming van 'Earths' (Aarden) is niet juist, want het zijn geen keramische of klei-achtige verbindingen.

De zeldzame aardmetalen zijn belangrijk voor de productie van lichte en sterke magneten voor electromotoren (Nd, Dy) en voor oplaadbare accu’s (La). De Toyota Prius bevat 2 kilo Nd in de electromotor en 15 kilo La in de speciale batterijen. Een grotere windturbine bevat circa 100 kilo Nd. Ook veel andere hi-tech producten zoals i-pod’s, mp3 spelers, gsm’s, harde schijven enzovoorts kunnen niet werken zonder deze metalen. Onze wereld kan zonder zeldzame aardmetalen niet bestaan (ref. 1).

Hoe worden deze metalen gewonnen en wat zijn de problemen?

Er zijn maar een paar plekken op de aarde waar Rare Earth Oxides (REO) voorkomen in concentraties van meer dan enige procenten, genoeg om de metalen met moeite uit de grond te halen. Dan nog is de mijnbouw en raffinage van zeldzame aarden een lastige en energie-intensieve klus. En vaak nog gecompliceerd door de aanwezigheid van radioactieve bij-producten zoals Thorium en Uranium, die zorgen voor allerlei milieuvervuiling bij de mijnbouw en raffinage van het erts. In die zin is de Prius wel eens een vuilere auto dan de Hummer genoemd, omdat bij het winnen van Neodymium en Lanthaan erg veel energie nodig is en de nodige milieuschade wordt aangebracht.

Dit alles baart al genoeg zorg, maar er zijn nog andere problemen. Op dit moment is China als enige producent van deze metalen (97% van de wereldproductie) van plan de export van zeldzame metalen aan banden te leggen of zelfs geheel te stoppen om voorrang te geven aan de eigen industrie (ref. 2). Andere landen (VS, Australie, Brazilie) zijn bezig nieuwe mijnen te ontwikkelen of oude locaties te heropenen. Maar het opstarten van deze activiteiten neemt jaren in beslag.

Heeft de wereld genoeg zeldzame aarden voor een massale electrificatie van onze mobiliteit?

Naast dit probleem is er nog een meer fundamenteel probleem, namelijk dat van de uitputting van de wereld-reserves. Volgens Dr. A.M. Diederen van TNO zijn de zeldzame aardmetalen uit de aarde op in ongeveer 30 tot 40 jaar bij het huidige gebruikstempo en een 3% groei van de wereldeconomie (ref. 3).

Gaan we echter massaal over op windturbines, electrische auto’s e.d. dan gaat het veel harder en kunnen we al binnen 8 tot 15 jaar het eindpunt bereiken. Uit de huidige wereldproductie van Nd en La kunnen per jaar 2 millioen Priusjes worden gemaakt (als alle gewonnen Nd en La hieraan worden besteed) en dat is duidelijk een druppel op de gloeiende plaat als we weten dat er per jaar circa 50 millioen auto’s worden geproduceerd. Of we kunnen per jaar circa 25000 windturbines plaatsen in de wereld.

Referenties:

  1. Mark Smith: Why rare earth metals matter [http://www.hardassetsinvestor.com/features-and-interviews/1571-mark-smith-why-rare-earth-metals-matter.html]
  2. Sargasso: China beperkt export REO's [http://sargasso.nl/archief/2009/08/25/china-wil-export-zeldzame-metalen-verbieden/]
  3. The Oildrum [http://europe.theoildrum.com/node/5559]

Verdere relevante internetsites:

  1. Lynas Corp. [http://www.lynascorp.com/page.asp?category_id=1&page_id=2]
  2. Rare Earths feed green boom [http://thejakartaglobe.com/business/us-miner-digging-for-rare-earth-metals-to-fuel-the-boom-in-green-technologies/327170]
  3. Rare Earts: money making stock? [http://www.stockhouse.com/Bullboards/MessageDetail.aspx?p=0&m=27243750&l=0&r=4&s=AVL&t=LIST]
  4. Rare Earths: history and background [http://www.answers.com/topic/rare-earth-element]