Metale ziem rzadkich. Twarda waluta w światowej grze o władzę

Do stałej puli kwestii, które zwykle poruszamy można zaliczyć, rzecz jasna, politykę, sport i religię, ale oprócz nich funkcjonują także kwestie rotacyjne, czyli takie, których pojawienie się jest uzależnione od aktualnego kontekstu. I tak jest w przypadku metali ziem rzadkich – tym razem słusznie, bo to rzecz o niebagatelnym znaczeniu zarówno dla naszej przyszłości, jak i teraźniejszości.

Metale nie takie rzadkie

Metale ziem rzadkich, wbrew temu co mogłoby się wydawać, nie stały się tematem geopolitycznym za sprawą Donalda Trumpa i jego apetytu na ukraińskie, kanadyjskie czy grenlandzkie złoża. Są nim już od ładnych paru lat, dość wspomnieć w tym miejscu choćby poważną w skutkach decyzję Chin z 2010 roku o ograniczeniu ich eksportu o ponad 35% i ówczesną reakcję świata. Swoją drogą, gdy piszę ten tekst, to świat obiega informacja, że Pekin całkowicie wstrzymał eksport 7 metali ziem rzadkich. W każdym razie – to długotrwałe i rosnące zainteresowanie wynika z kilku czynników, o których pokrótce postaram się Państwu opowiedzieć.

Na początku warto doprecyzować pojęcia. Choć ich nazwa sugeruje wyjątkową rzadkość występowania, to w rzeczywistości niektóre z nich są bardziej powszechne niż metale przemysłowe. Termin „rzadkie” odnosi się raczej do rozproszonego charakteru ich występowania, który czyni proces pozyskiwania skomplikowanym, energochłonnym i kosztownym. Ich wydzielenie z poszczególnych minerałów realizowane jest za sprawą zaawansowanych procesów chemicznych. A to oznacza, że samo posiadanie złóż niewiele daje, potrzebna jest jeszcze wiedza, technologia oraz pieniądze. Ich pozyskiwanie (gdy spojrzymy na ten proces z lotu ptaka, mając na uwadze obecne i przyszłe zastosowania) można porównać do wyławiania złotych igieł ze stogu siana.

Pierwiastki ziem rzadkich (z angielska zwane REE - którego akronimu i ja pozwolę sobie używać, by uniknąć kłopotliwych stylistycznie powtórzeń) to grupa licząca 17 członków - dwa skandowce i aż piętnaście lantanowców. Na potrzeby tego tekstu, pozwoliłem sobie uznać za wysoce prawdopodobne, iż większość P.T. Czytelników nie kończyła studiów chemicznych, materiałowych lub podobnych. W związku z tym czuję się usprawiedliwiony, że zamiast encyklopedycznego wymienienia wszystkich nazw REE, dołączę także kilka sów o ich genezie.

Większość metali ziem rzadkich swoją nazwę zawdzięcza miejscom odkrycia lub odniesieniom kulturowym. Skand został nazwany na cześć Skandynawii, a itr, iterb, erb i terb - wszystkie upamiętniają szwedzką wioskę Ytterby, skąd pochodziły kluczowe minerały. Lutet wziął swoją nazwę od Lutecji, czyli dzisiejszego Paryża, natomiast holm nawiązuje do Sztokholmu. Tul odwołuje się do mitycznej Thule, legendarnej krainy na północy Europy.

Inne pierwiastki wywodzą swoje nazwy z greki lub łaciny, podkreślając cechy odkrycia lub wygląd. Lantan pochodzi od greckiego „lanthanein” – „ukrywać się”, cer upamiętnia odkrytą w podobnym czasie planetoidę Ceres. Dysproz oznacza „trudny do pozyskania”, co dobrze oddaje wyzwania związane z jego izolacją. Gadolin został nazwany na cześć fińskiego chemika Johana Gadolina, a samar od minerału samarskitu i rosyjskiego inżyniera Samarskiego. Europ uhonorował kontynent Europę, a promet odwołuje się do Prometeusza.

Strategiczny problem

Niemal tak samo jak nazewnictwo, zróżnicowane są sposoby wykorzystywania poszczególnych REE. Odgrywają one bardzo istotną rolę w niemal każdym obszarze, który korzysta z nowoczesnych technologii. Są obecne zarówno w wielu produktach, których używamy na co dzień, jak i np. w zaawansowanych systemach wojskowych, medycynie czy nawet energetyce odnawialnej. Jednym z najważniejszych zastosowań są silne magnesy neodymowe wykorzystywane m.in. w silnikach pojazdów elektrycznych, turbinach wiatrowych czy dyskach twardych. Dzięki nim możliwe staje się, oczywiście w uproszczeniu, minimalizowanie urządzeń bez utraty ich wydajności.

Kolejny istotny obszar to technologie optyczne i laserowe, gdzie prym wiodą europ i terb (np. ekrany LED) oraz itr (np. układy optyki precyzyjnej). Cer i lantan to z kolei pierwiastki, które znajdziemy np. w katalizatorach samochodowych, gdzie pomagają w redukcji emisji szkodliwych substancji. Z dobrodziejstw, jakie niosą ze sobą REE korzysta pełnymi garściami także sektor transportowy w szerszym znaczeniu. Dobrym przykładem jest tutaj przemysł lotniczy (ale także np. zbrojeniowy), który wykorzystuje stopy metali z dodatkiem REE, aby zwiększyć odporność na wysokie temperatury czy korozję.

Rozprawiając na temat rozmaitych zastosowań pierwiastków ziem rzadkich nie sposób zapomnieć o medycynie – gadolin zawarty jest w kontraście używanym podczas rezonansu magnetycznego, a neodymowe lasery pomagają w precyzyjnej chirurgii oka. Obszar zastosowań, który z naszej perspektywy wydaje się szczególnie ciekawy, to oczywiście energetyka. Nie sposób wyobrazić sobie (przynajmniej dziś) transformację lub nowoczesne technologie wytwarzania, przesyłu czy magazynowania bez metali ziem rzadkich. Ich właściwości fizykochemiczne sprawiają, że są niezastąpione w wielu kluczowych komponentach systemów energetycznych.

Sztandarowym przykładem, zasygnalizowanym już zresztą nieco wyżej, są oczywiście turbiny wiatrowe. Zastosowanie magnesów trwałych ze stopów zawierających neodym (czasem także prazeodym i dysproz) pozwala na tworzenie kompaktowych (oczywiście toutes proportions gardes) i wydajnych generatorów, które pracują z wysoką sprawnością nawet przy niskich prędkościach wiatru. Są one lepsze (mniejsze, lżejsze i bardziej efektywne) od alternatyw z przekładniami. REE w znacznym stopniu ułatwiają także rozwój morskiej energetyki wiatrowej, ponieważ produkowane z ich domieszką komponenty są bardziej niezawodne i wymagają mniejszych nakładów na konserwację. A to przecież niezwykle istotne, bo mówimy o obiektach położonych wiele kilometrów od linii brzegowej.

REE Odgrywają także pewne, zgoła niebagatelne, znaczenie w technologiach związanych z magazynowaniem energii. Lantan i cer wykorzystywane są w ogniwach niklowo-metalowo-wodorkowych (znajdziemy je np. w bateriach samochodowych, elektronarzędziach oraz różnych urządzeniach przenośnych), a dodatki REE badane są także jako stabilizatory struktury w akumulatorach litowo-jonowych nowej generacji. W ogniwach paliwowych cer pełni rolę materiału wspomagającego przewodnictwo jonowe, co przekłada się na wyższą efektywność.

Metale ziem rzadkich znajdziemy także w energetyce jądrowej (głównie gadolin, a w mniejszym stopniu europ służą jako pochłaniacze neutronów, stabilizując procesy rozszczepienia i pozwalając na dłuższą pracę reaktorów bez konieczności częstej wymiany paliwa) oraz konwencjonalnej, gdzie mogą służyć do wzmacniania stopów narażonych na ekstremalne temperatury lub ciśnienie. Dzięki nim infrastruktura (np. turbiny parowe, rury kotłowe, wymienniki ciepła) staje się trwalsza i bardziej odporna na zużycie. I dzieje się tak, pomimo że najczęściej stanowią poniżej 1% składu stopu.

To oczywiście zaledwie szkic mapy występowania metali ziem rzadkich w różnych sektorach gospodarki. Jest ich zdecydowanie więcej, a większość z nich ma znaczenie, które spokojnie moglibyśmy określić mianem strategicznego – obecnie lub potencjalnie. I to jest niestety problem.

Twarda waluta w globalnej grze

Raport USGS z 2024 – roku dotyczący metali ziem rzadkich podkreśla ich rosnące znaczenie dla globalnej gospodarki oraz wskazuje na kluczowe zmiany w układzie sił na rynku. W 2023 roku światowa produkcja REO (REO są wcześniejszym etapem przetwarzania i bardziej powszechne w handlu) wyniosła około 350 000 ton co oznacza wzrost o ponad 15% w stosunku do roku wcześniejszego.

Chiny niezmiennie dominują w sektorze, odpowiadając za około 68% całkowitej produkcji (240 000 ton), a także za zdecydowaną większość globalnych zdolności przetwórczych. Stany Zjednoczone, zwiększając wydobycie w kopalni Mountain Pass do 43 000 ton, pozostają istotnym, ale wciąż uzależnionym od importu graczem. Wśród innych producentów wyróżnia się Australia (18 000 ton) oraz Mjanma/Birma (38 000 ton).

Raport podkreśla wyraźny spadek cen metali ziem rzadkich w 2023 roku, szczególnie tlenków neodymu i terbu, co wynikało z nadpodaży oraz zmniejszonego popytu na niektórych rynkach. Jednocześnie utrzymało się wysokie zapotrzebowanie na magnesy trwałe, kluczowe dla pojazdów elektrycznych, turbin wiatrowych oraz nowoczesnych technologii energetycznych. Dane te wskazują, że mimo krótkoterminowych wahań cenowych, metale ziem rzadkich pozostają surowcem strategicznym, a ich znaczenie będzie tylko rosło w związku z transformacją energetyczną.

Wnioski płynące z raportu są jednoznaczne: silna koncentracja wydobycia i przetwórstwa w Chinach stanowi poważne ryzyko dla bezpieczeństwa dostaw. W odpowiedzi na tę sytuację, Stany Zjednoczone, Unia Europejska i Australia intensyfikują działania zmierzające do dywersyfikacji źródeł surowców, rozwoju własnych zdolności przetwórczych oraz wsparcia recyklingu REE. Polityki publiczne, subsydia oraz inwestycje w nowe projekty wydobywcze mają odegrać kluczową rolę w zmniejszaniu tej geopolitycznej zależności.

Metale ziem rzadkich nie są już tylko kwestią gospodarczą — stały się twardą walutą w globalnej grze o władzę. Ich kontrola decyduje o przewagach technologicznych, bezpieczeństwie energetycznym i militarnym. Trump doskonale rozumie, że bez dostępu do REE żadna gospodarka nie utrzyma przewagi w XXI wieku. Dlatego jego powrót na fotel prezydenta USA zapowiada nową ofensywę w walce o surowce: bez zahamowań, bez iluzji i bez sentymentów. Świat wchodzi w etap, w którym złoża metali ziem rzadkich będą równie ważne, jak złoża ropy w XX wieku — a stawka będzie tylko rosnąć.