بحران خاک‌های کمیاب: راهبردهای تضمین زنجیره تأمین آهنرباهای NdFeB

ریسک‌های ژئوپلیتیکی: 80% فرآوری عناصر خاکی کمیاب توسط چین کنترل می‌شود

زنجیره تامین جهانی آهنرباهای نئودیمیوم با چالش‌های بی‌سابقه‌ای روبرو است، چون چین همچنان در فرآوری عناصر خاکی کمیاب سلطه دارد. با اینکه 80 درصد از عناصر خاکی کمیاب (REEs) جهان در چین فرآوری می‌شوند، تولیدکنندگان آهنرباهای قوی در سراسر جهان با آسیب‌پذیری‌های قابل توجهی در زنجیره تامین خود مواجه هستند. این تمرکز ریسک‌های قابل توجهی را برای صنایع مختلف از جمله الکترونیک مصرفی و انرژی تجدیدپذیر که به شدت به این مواد حیاتی متکی هستند، ایجاد می‌کند.

شکستن انحصار چین

برتری چین در فرآوری مواد خاکی کمیاب به دلیل سرمایه‌گذاری‌ها و سیاست‌های استراتژیک در طول dos dos دو دهه گذشته اتفاق نیفتاده است. چین با این رویکرد، زیست‌بومی بی‌همتا برای تولید مواد خاکی کمیاب ایجاد کرده است:

• 90٪ تولید جهانی آهنرباهای NdFeB در چین انجام می‌شود

• 60٪ از استخراج مواد خاکی کمیاب خارج از چین صورت می‌گیرد، اما 80٪ آن‌ها برای فرآوری به چین صادر می‌شوند

• 75٪ از تمام آهنرباهای خاکی کمیاب موجود در الکترونیک مصرفی حاوی مواد فرآوری شده در چین هستند

این تمرکز به ویژه در بحران مواد خاکی کمیاب در سال 2010 مشهود شد که چین به مدت زمانی محدود صادرات را متوقف کرد و قیمت برخی از عناصر را 600 تا 1000 درصد افزایش داد. در سال 2023، محدودیت‌های صادرات گالیوم و ژرمانیوم نشان داد که چین تمایل دارد از موقعیت خود در زمینه مواد کلیدی به عنوان یک ابزار استفاده کند.

آمار وابستگی غرب

حد وسعت وابستگی غرب به مواد خاکی کمیاب فرآوری شده در چین وقتی مشخص می‌شود که صنایع خاصی را بررسی کنیم:

این وابستگی آسیب‌پذیری‌های قابل توجهی ایجاد می‌کند، به خصوص در شرایطی که تنش‌های ژئوپلیتیکی در حال افزایش است. اختلال در صادرات عناصر نادر چین می‌تواند چندین صنعت را به طور همزمان مختل کند.

تلاش‌های تنوع بخشی: تولید فلز NdPr توسط شرکت MP Materials در ایالات متحده (1000 تن/سال)

با شناخت این آسیب‌پذیری‌ها، کشورهای غربی و شرکت‌ها بالاخره حرکت‌های مشخصی برای تنوع بخشی زنجیره تأمین عناصر نادر خارج از چین انجام داده‌اند. راه‌اندازی واحد تولید فلز NdPr توسط شرکت MP Materials در ایالات متحده یکی از مهم‌ترین پیشرفت‌ها در این زمینه محسوب می‌شود.

ظرفیت تولید فعلی غرب

اگرچه هنوز هم در مقایسه با تولید چین کوچک به نظر می‌رسد، اما توانایی‌های غرب در زمینه عناصر نادر در حال رشد است:

• MP Materials (ایالات متحده) : در حال حاضر سالانه 1000 تن NdPr تولید می‌کند، با برنامه‌ریزی برای افزایش تولید به 5000 تن تا سال 2025

• Lynas (استرالیا/مالزی) : تولید 800 تن NdPr/سال، با ورود کارخانه جدید پردازش در تگزاس در سال 2024

• ارنگی رار ارت (آفریقا) : پیش‌بینی می‌شود تا سال 2025 بتواند 300 تن NdPr/سال تولید کند

این تسهیلات گام‌های اولیه ضروری در بازسازی ظرفیت‌های فراموش شده اروپایی-آمریکایی در زمینه عناصر نادر هستند که طی 30 سال گذشته به دلیل انتقال تولید به چین ضعیف شده‌اند.

زنجیره‌های تأمین جایگزین در حال ظهور

چندین گزینه امیدوارکننده برای زنجیره تأمین در سطح جهانی در حال ظهور هستند:

1. اقدامات آمریکای شمالی

   • معادن موونتن پس شرکت MP Materials در کالیفرنیا حدود 15% از عناصر نادر جهانی را تأمین می‌کند

   • تسهیلات جدید جداسازی اولین واحدی در آمریکا خواهد بود که بعد از چندین دهه دوباره عناصر نادر سنگین تولید کند

   • همکاری با شرکت General Motors برای زنجیره تأمین موتورهای EV

2. جنبش استقلال اروپایی

   • قانون مواد خام حیاتی اتحادیه اروپا اهداف بلندپروازانه‌ای تعیین کرده: 10 درصد استخراج، 40 درصد فرآوری و 20 درصد بازیافت عناصر نادر تا سال 2030

   • کشف اخیر عناصر نادر در نروژ می‌تواند منجر به دستیابی به 1.4 میلیون تن REO شود

   • شرکت فرانسوی Orano در حال توسعه ظرفیت‌های بازیافتی است

3. گسترش استرالیا

   • Lynas تا سال 2025 با احداث تأسیسات جدید ظرفیت خود را دو برابر خواهد کرد

   • Materials استرالیایی استراتژیک در حال ایجاد زنجیره تأمین کاملاً یکپارچه است

   • کارخانه‌های فرآوری جدید طوری طراحی شده‌اند که از محدودیت‌های مربوط به حقوق مالکیت معنوی چین اجتناب کنند

این تحولات مهم‌ترین چالش برای غلبه چین بر بازار عناصر نادر در طول بیش از بیست سال گذشته را نشان می‌دهند، هرچند کار بسیاری برای دستیابی به استحکام واقعی زنجیره تأمین پیش رو داریم.

انبارداری در مقابل محلی‌سازی: شکاف 265 میلیون دلاری هند در تصفیه عناصر نادر

کشورهای مختلف در حال اتخاذ راهبردهای متفاوتی برای تضمین تأمین آهنرباهای نئودیمیوم هستند، به‌طوری‌که تجربه هند برجسته کننده چالش‌ها و پتانسیل فعالیت‌های محلی‌سازی است.

استراتژی‌های ذخیره‌سازی

چندین کشور برنامه‌های ذخیره‌سازی راهبردی را به عنوان یک راهکار کوتاه‌مدت در برابر اختلالات عرضه اجرا کرده‌اند:

ذخیره‌سازی امنیت فوری فراهم می‌کند اما به حل مشکلات اساسی زنجیره تأمین نمی‌پردازد.

چالش‌های محلی‌سازی هند

تلاش‌های هند برای ساخت توانایی‌های داخلی در زمینه عناصر خاکی کمیاب، پیچیدگی‌های یک محلی‌سازی واقعی را آشکار می‌کند:

• 265 میلیون دلاری در زیرساخت‌های تصفیه نیازمند رسیدگی است

• در حال حاضر تنها 2 کارخانه جداسازی ایتریایی در حال بهره‌برداری هستند

• اگرچه ذخایر زیاد توریم وجود دارد، اما هنوز 90 درصد از مواد ایتریایی وارداتی است

• یک اقدام جدید دولتی 200 میلیون دلاری در سال 2023 برای افزایش پردازش داخلی آغاز شده است

تجربه هند نشان می‌دهد که ساختن استقلال کامل از عناصر ایتریایی نیازمند سرمایه‌های عظیم و پایدار در طول سال‌هاست. بیشتر کارشناسان معتقدند که رویکردهای ترکیبی - ترکیبی از ظرفیت داخلی با منابع بین‌المللی متنوع - ممکن است راهکار عملی‌تری برای بیشتر کشورها باشد.

پتانسیل بازیابی: 95٪ بازیابی مواد از طریق فناوری استفاده مستقیم

با توجه به محدودیت‌های تولید اولیه و دغدغه‌های محیط زیستی، بازیافت آهنربا به عنوان یک مؤلفه حیاتی در زنجیره تأمین پایدار عناصر ایتریایی در حال ظهور است. فناوری‌های پیشرفته بازیافت اکنون امکان بازیابی تا 95٪ از مواد ایتریایی را از محصولات منقضی‌شده فراهم کرده‌اند.

چشم‌انداز فعلی بازیافت

اگرچه پتانسیل وجود دارد، اما بازیابی مواد خاکی گران‌بها هنوز به‌خوبی توسعه نیافته است:

• کمتر از 5٪ آهنرباهای NdFeB در سطح جهانی بازیافت می‌شوند

• پتانسیل تأمین 35٪ تقاضای جهانی از طریق بازیافت تا سال 2035 وجود دارد

• فرآیندهای جدید هیدرومتالورژیکی می‌توانند به خلوص 98٪ در مواد بازیابی‌شده دست یابند

شکاف بین پتانسیل و واقعیت فعلی، چالشی را برای ایجاد زنجیره تأمین پایدارتر مثل همراه با فرصتی برای توسعه نشان می‌دهد.

فناوری‌های نوآورانه بازیافت

چندین فناوری بازیافت امیدبخش به مرحله قابلیت تجاری‌سازی رسیده‌اند:

1. پردازش هیدروژنی از ضایعات آهنربا (HPMS)

• توسط محققان ژاپنی توسعه یافته، اکنون در اروپا به مرحله تجاری‌سازی رسیده است

• 95٪ ماده مغناطیسی را با خلوص بالا بازیابی می‌کند

• 60% کمتر از تولید اولیه انرژی مصرف می‌کند

• برای ضایعات مغناطیسی صنعتی بسیار موثر است

2. استخراج الکتروشیمیایی

• فرآیندهای آزمایشگاهی به خلوص 99% دست می‌یابند

• می‌تواند ضایعات مخلوط مغناطیسی از دیسک سخت، موتورها و غیره را پردازش کند

• چند نیروگاه نمونه در سال‌های 2024-2025 به بهره‌برداری خواهند رسید

3. سیستم‌های استفاده مجدد مستقیم

• تمام مغناطیس‌ها را بدون لازم شدن به تخریب کامل بازسازی می‌کند

• برای مغناطیس‌های ماهیگیری و دیگر کاربردهای بزرگ بسیار موثر است

• در مقایسه با مغناطیس‌های جدید می‌تواند هزینه‌ها را تا 80% کاهش دهد

• شرکت AIM Magnet از سال 2020 در تحقیق و توسعه مجدد استفاده مستقیم سرمایه‌گذاری کرده است

این فناوری‌ها در حال تبدیل بازیافت از یک فعالیت گرچه به یک منبع بالقوه مهم از مواد خاکی کمیاب هستند.

منافع اقتصادی و زیست‌محیطی

دیدگاه نسبت به گسترش بازیافت مواد خاکی کمیاب زمانی قوی‌تر می‌شود که تمام مزایا در نظر گرفته شوند:

• Besparing van energie هر تن بازیافت NdFeB حدود 8000 کیلووات ساعت انرژی را نسبت به تولید اولیه صرفه‌جویی می‌کند

• کاهش زباله بازیافت به ازای هر تن آهنربا، 2.5 تن ضایعات معدنی را جلوگیری می‌کند

• افزوده‌ها 12 تن انتشار CO2 به ازای هر تن بازیافت کاهش می‌یابد

• ارزش اقتصادی بازار جهانی بازیافت آهنربا پیش‌بینی می‌شود تا سال 2027 به 390 میلیون دلار برسد

برای شرکت‌هایی مانند AIM Magnet که به پایداری اولویت می‌دهند، سرمایه‌گذاری در شراکت‌های بازیافت و فناوری‌ها، هم یک الزام اخلاقی و هم یک مزیت استراتژیک در جهانی است که منابع در آن محدودتر می‌شوند.

ساخت زنجیره تأمین مقاوم برای آینده

با افزایش تقاضا برای آهنرباهای نئودیمیوم در صنایع مختلف، ایجاد زنجیره تأمین مقاوم به یک ضرورت استراتژیک تبدیل شده است. خودروهای برقی (با استفاده از 2 کیلوگرم آهنربا در هر موتور)، توربین‌های بادی (1.5 تن در مگاوات) و الکترونیک مصرفی همگی باعث رشد بی‌سابقه‌ای در تقاضا شده‌اند.

طرح عملیاتی پیشنهادی

بر اساس روندهای فعلی و دستاوردهای فناوری، یک استراتژی جامع باید شامل موارد زیر باشد:

1. تنوع‌بخشی منابع : ایجاد شبکه تأمین از 20+ کشور تا سال 2030

2. سرمایه‌گذاری در بازیافت : دستیابی به 30٪ عرضه از طریق بازیافت تا سال 2035

3. توسعه جایگزین‌ها : پیشرفت در فناوری آهنرباهای CeCo و MnAl

4. بهبود کارایی : طراحی‌های جدید آهنربا با 30٪ کاهش در مصرف نئودیمیوم

5. ذخایر استراتژیک : حفظ ذخیره 6 تا 12 ماهه

تعهد شرکت AIM Magnet به امنیت زنجیره تأمین

به عنوان یک تولیدکننده پیشرو در زمینه آهنرباهای نئودیمیوم و ابزارهای مغناطیسی، شرکت AIM Magnet اقدامات متعددی را برای تضمین تأمین مطمئن مواد انجام داده است:

• قراردادهای بلندمدت با عملیات معادن اخلاقی در کشورهای مختلف

• انبار استراتژیک نگه‌داری 6 تا 9 ماه از مواد حیاتی

• همکاری‌های بازیافتی با فراهم‌کنندگان پیشرو فناوری

• سرمایه‌گذاری‌های تحقیق و توسعه در زمینه مواد جایگزین و طراحی آهنرباها

• ادغام عمودی کنترل بیشتری از زنجیره تولید خود داشته باشند

بحران مواد خاکی گران‌بها هم چالش‌های قابل توجهی را به همراه دارد و هم فرصت‌هایی. شرکت‌هایی که امروز به صورت پیشگیرانه به ضعف‌های زنجیره تأمین بپردازند - از طریق تنوع‌بخشی، نوآوری و پایداری - بهترین موقعیت را برای موفقیت در بازار مواد مغناطیسی فردا خواهند داشت. با ترکیب خرید استراتژیک با نوآوری فناورانه، صنعت می‌تواند زنجیره‌های تأمینی مقاوم‌تر و پایدارتری بسازد که انتقال جهانی به انرژی پاک و فناوری‌های پیشرفته را پشتیبانی کند.