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Réflection: Métaux critiques et dépendance

Lorsque l'on s'intéresse aux métaux critiques*, il est indispensable de connaître l'évolution des chaînes d'approvisionnement en regard des avancées technologiques.

Source: Report on Critical Raw Materials and the Circular Economy; Brussels,16.1.2018, SWD(2018) 36 final

Ces avancées technologiques comprennent autant celles qui visent à générer des produits de consommation compétitifs ou indispensable à la transition énergétique, que celles qui permettent une utilisation optimisée des matériaux et des métaux qui les constituent.

La globalisation a créé un flux de matière première et de produits semi-finis entre tous les continents. Ce flux a un impact non négligeable sur la capacité de rétention des métaux critiques au sein de zones économiques. En effet ces matériaux critiques proviennent de sources externes et sont ensuite traités et/ou incorporés dans des produits voués à l'exportation. La dépendance aux matière premières critique est aujourd'hui un risque encore très peu mitigé par le recyclage ou des moyens de substitution. Une étude** fort intéressante sur l'évaluation des goulets d'étranglement des chaînes d'approvisionnement de matériaux critiques, analyse le taux de résilience de l'EU face à différents métaux critiques. L'étude montre la nécessité de trouver des solutions à l'horizon 2030 sous peine de voir la dépendance s'accroître significativement. L'étude est basée sur une approche quantitative et considère 3 scénarios qui comprennent l'augmentation d'une production locale, du taux de recyclage et l'apparition de moyens de substitution.

Le constat est alarmant, mais il démontre le besoin d'initier des plans d'action à long terme 10+ ans. La Chine par ses plans quinquennaux successifs, et la continuité de son système politique a pu répondre à cette évolution et occupe aujourd'hui une place de leader sur le plan de la consommation de la production et du traitement de nombreux métaux critiques Une suprématie qui attire les investissements et déplace les chaînes de production vers la Chine, ainsi que les connaissances technologiques. Les enjeux qui entourent les métaux critiques sont donc beaucoup plus larges qu'une simple problématique d'approvisionnement. Une des solutions se trouve dans la rétention des métaux au sein de complexe de production domestique (économie circulaire). Concernant le lithium, une des conclusions du rapport est : Le recyclage du lithium couplé avec sa production en Europe sont les mesures de mitigation avec le plus haut potentiel à l'horizon 2030. Il est ajouté: ---la dimension downstream a besoin d'être renforcée par la production de matériaux traité et la fabrication de piles au sein de l'Europe…

Pour les métaux 'magnétiques' ( Nd, Pr, Dy)*** Les perspectives européennes à court terme (2020) montrent une dépendance accrue à l'offre et une faible amélioration à moyen terme (2025) dans le cas de développement de solutions de recyclage. A long terme (2030) et dans un scénario optimiste, des solutions de substitution permettraient de rester dans un état de résistance moyenne au goulot d'étranglement de l'offre.

L'orientation vers une économie circulaire dans l'utilisation des métaux critiques apparaît comme une solution évidente, mais sa mise en place requiert une forte cohérence et l'établissement d'objectifs communs avec les industries concernées. (http://ec.europa.eu/docsroom/documents/27348)

02.02.2018-LK-ethore SA

____________________________________________ *Définition métaux critiques: métaux d'importance économique ayant un risque d'approvisionnement important et dont les moyens de substitution sont très limités ou inexistants

** 'Assessment of potential bottlenecks along the materials supply chain for the future deployment of low-carbon energy and transport technologies in the EU'; Darina T. BLAGOEVA, Patrícia AVES DIAS, Alain MARMIER, Claudiu C. PAVEL ; JRC Science Hub; 2016 Ce qui rend l'étude intéressante, c'est le score de résilience total qui est le produit de paramètre d'une dimension upstream (demande, investissement potentiel, stabilité du supply, décroissance des réserves, dépendance de l'importation, adéquation du supply, recyclage, substitution) et une dimension downstream (dépendance à la supply chain, pouvoir d'achat, impact des coûts).

*** Nd: Neodymium Pr: Praseodymium Dy: Dysprosium

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Energy storage. Batteries manufacturing will evolve along needs, metal life cycle and new innovative technologies.

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We can read such news since many years...I would like to see the recovery economic figures. However such R&D is needed to further extend the life cycle of metals.

Acid-free magnet recycling process developed

A new rare-earth magnet recycling process developed by researchers at the Critical Materials Institute (CMI) dissolves magnets in an acid-free solution and recovers high purity rare earth elements. For shredded magnet-containing electronic wastes, the process does not require pre-processing such as pre-sorting or demagnetisation of the electronic waste.

Rare earths are vital to many technologies and are critical ingredients in the world’s strongest magnets, but they are subject to supply shortages. Recycling is a possible solution to the supply-chain problems, but until now has faced serious economic and ecological challenges. CMI, a US Department of Energy Innovation Hub led by Ames Laboratory, was able to overcome several hurdles to the environmental viability of rare-earth recycling with this processing technology, according to lead researcher Ikenna Nlebedim.

‘The difficulty with traditional hydrometallurgical methods for rare-earth magnet recycling is that they rely on the use of hazardous mineral acids, and this presents a number of problems from an economic and environmental standpoint’ said Nlebedim. ‘It produces toxic fumes; the acids need to be contained, and so do acid-contaminated wastes.’

The new process has been applied to waste magnet materials obtained from US magnet processing plants. ‘The technology is remarkably selective in recovering rare-earth elements even from chunks of magnet-containing shredded electronic wastes,’ said Nlebedim. In shredded computer hard drives for example, rare earth elements were selectively removed from the e-waste without the need to pre-sort or pre-concentrate the magnet content of the materials, further reducing steps and costs.

The result is recovered rare-earth oxides of high purity, without the production of fumes or use of hazardous mineral acids. The process has been adapted for the recovery of rare earth elements from both Nd-Fe-B (Neodymium-Iron-Boron) and Sm-Co (Samarium-Cobalt) magnets.

Other valuable by-products of e-waste components can be recovered for further recycling including copper, chromium, nickel and other metals or their composites.

‘Available rare earth elements recovery methods are rarely profitable’ said postdoctoral researcher Denis Prodius. ‘This method not only recovers high-purity rare earths, it also recovers other marketable materials. The by-products pay for chemicals used in the recycling process.’

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Les ‘super elements’

Une vidéo intéressante de la BBC relate le rôle des métaux critiques. (The Secrets of the Super Elements BBC Documentary | Super Materials behind Modern Technology; studio 129).

Sept ans auparavant (2010) nous vivions l’explosion des prix des terres rares...Ce fût un événement purement spéculatif dans une méconnaissance des besoins à long terme. 

Aujourd’hui, après une crise financière et des économies mises à mal par leurs endettements, des perspectives de redressement se dessinent. Les innovations dans les secteurs de l’Energie, des Transports, de la High Tech et des alliages de haute qualité reflètent une industrie moderne porteuse de croissance et consommatrice de matériaux critiques. 

Ces métaux si particuliers par leurs propriétés physiques participent activement à notre confort, à l’évolution de nos outils de travail et au développement des énergies durables.

Le développement des chaînes logistiques pour ces métaux stratégiques sont encore à un stade précoce. Les enjeux géopolitiques et de diversification des sources de matière première, ainsi que ceux de durabilité dans l’approvisionnement, laissent entrevoir de belles perspectives de développement.

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Un fait vraiment surprenant sachant que Randgold a toujours été très proactif avec les authorité maliennes.

Des informations complémentaires sont nécessaires.

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A driverless future for our cities - via @FT

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Lithium as Rare Earths are part of the energy revolution

“The Stone Age did not end for lack of stone, and the Oil Age will end long before the world runs out of oil.”Sheikh Yamani

Yes, ou commodities uses are changing, as we are evolving through our societies. 

Electric vehicles and batteries challenges are the autonomy, the charging time and the safety. In short, EV’s have to equal the distance autonomy of a gasoil tank, and the recharging time of EV’s has to be equal or inferior to the time we refuel our combustion engine! Thus, many R&D are progressing for optimizing  electrodes materials or the nature of electrolytes; but also the way we can extract Lithium from ore. All these development are worth following up in order  to anticipate the evolution of the supply/demand imbalance.

Among these current researches and development we can noticed:  

The Posco's development

Posco, the world's fourth-largest steelmaker is building a processing plant in Argentina based on a novel solvent-based direct extraction technology: ‘ High-Efficiency Lithium Extract Technology’. Posco claim they can extract Lithium in a 8 hours turnaround and do not rely on evaporation ponds.  Although information about the technology are scarce, Posco seems to have made significant progress since 2010  at their research facility in Pohang Korea (Posco’s RIST pilot plant). Posco has produced over 20 tons of lithium phosphate from brine.  The plant is expected to have an annual production capacity of 2500 tons of high-purity lithium for rechargeable batteries. The planned production might significantly impact on the Lithium market (large additional supply, reduced environmental foot print). Posco signed a supply contract with the private company Lithea Inc., which owns the mining rights of Pozuelo Salt Lake.  

Companies planning to use direct extraction technology:

Enirgi Corp. Rincón Salta, Argentina

Eramet S.A. Centenario-Ratones Salta, Argentina

POSCO Pozuelos Salta, Argentina

Pure Energy Minerals Ltd. Clayton Valley Nevada, USA

Rechargeable Magnesium Batteries?

Researchers at the Toyota Research Institute of North America (TRINA) are working on magnesium batteries which could solve the safety  and lasting issues.  Apparently the idea to work on Magnesium battery chemistry came along with researches on hydrogen storage. Magnesium is a very stable metal with the potential to store much more energy. But research on magnesium-based batteries was limited because a magnesium-friendly electrolyte did not yet exists. Today, researchers emphasize the possibility to produce  an halogen-free, simple-type Mg salt, where inertness and non-corrosive nature give a promising oxidative stability. Further researches are necessary to reach a commercializable product!

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Stockage de l’énergie: Gravité ou Lithium?

Nous savons que les enjeux énergétiques passeront par la gestion du stockage provenant des l’énergies renouvelables. Ce stockage n’a pas encore de solution permanente, mais des solutions temporaires ou transitoires existent. Proche de nous la société Leclanché qui utilise des solutions innovantes basées sur des batteries Li-ion. L’EPFL utilise ce systeme pour gérer son alimentation issue de ses panneaux solaires. Récemment (19 avril 2016) Leclanché a obtenu une commande de ‘Independent Electricity System Operator (IESO)’ en Ontario,  pour délivrer l'un des plus grands systèmes de stockage stationnaire du monde. Leclanché a ouvert une filiale nord-américaine dont le siège est à Dallas afin de répondre aux opportunités d’un marché en pleine expansion.

ARES développe une autre solution basée sur un stockage restauré postérierement grâce à la conversion de l’énergie potentiel en électricité. La technologie nécessite un espace plus important que des containers à batteries, mais elle figure comme un moyen de substitution aux besoins en Lithium. La technologie est basée sur le rail et le mouvement de trains navettes montant des masse lors d’excès de production d’énergie, puis restituant cette énergie sur le réseau lorsque les trains entament leur descente. ARES intègre les progrès récents dans le moteur / générateur à entrainement. Ce type de moteur AC (Stator/Rotor) utilise des aimants permanents qui contiennent des éléments de terres rares dans le rotor .

Le secteur de l’énergie comme le stockage de l’énergie fait appel à des métaux dits stratégiques et Il est intéressant d’investiguer la problématique de ces métaux dans un contexte de durabilité.