مسِ پیشرفته: آیا نوآوری می‌تواند به پاسخگویی به تقاضای فزاینده کمک کند؟

در شصت و پنج مایلی شرق شهر آفتابی Tucson در ایالت آریزونا، معدن تاریخی مس Johnson Camp قرار دارد. این معدن که از دهه ۱۹۷۰ به طور متناوب فعال بوده است، در واکنش به بازار پررونق مس در حال احیا است.

با استخراج مواد از این معدن، آن‌ها به توده‌های مختلفی تفکیک خواهند شد؛ مس اکسیدی در یک توده و مس سولفید اولیه در توده‌ای دیگر. نوع اول برای لیچینگ اکسیدی متداول با استفاده از هیدرومتالورژی به بخشی از پد هیپ لیچینگ ارسال خواهد شد. سولفیدها با استفاده از فناوری نوآورانه‌ای که طی سه دهه توسط شرکت Rio Tinto توسعه یافته است، لیچینگ خواهند شد.

معدن Johnson Camp که اکنون توسط شرکت Gunnison اداره می‌شود، صحنه اولین آزمایش در مقیاس صنعتی برای اثبات کارایی این فناوری خواهد بود؛ یک نقطه عطف بزرگ از زمانی که Rio Tinto در سال ۲۰۲۱ سرمایه‌گذاری جدیدی به نام Nuton را برای توسعه آن راه‌اندازی کرد. پس از نصب این فناوری در ماه آگوست، انتظار می‌رود اولین محصول مس تا پایان سال ۲۰۲۵ به دست آید.

رویکردهای جدید برای مشکلات قدیمی

سنگ معدن سولفید اولیه، که معمولاً بخش عمده مس آن در کانی کالکوپیریت (chalcopyrite) قرار دارد، فراوان‌ترین نوع سنگ مس در جهان است. این سنگ معمولاً خرد و آسیاب شده و کنسانتره فلوتاسیون تولید می‌کند. سپس این کنسانتره فلوتاسیون به طور معمول با استفاده از یک فرآیند پیرومتالورژی (pyrometallurgical) که نیاز به حرارت بالا دارد، ذوب می‌شود و مس را به شکل آندهای مس خام درمی‌آورد که پس از آن برای تولید محصول مس خالص، پالایش الکتریکی (electro-refined) می‌شوند.

با این حال، فرآیند Nuton از یک کشت منحصربه‌فرد از میکروارگانیسم‌ها استفاده می‌کند که به سنگ معدن اضافه می‌شوند. این باکتری‌ها تکثیر شده، از انرژی حاصل از اکسیداسیون کانی‌های موجود در سنگ برای رشد خود بهره می‌برند و همزمان به لیچینگ مس کمک می‌کنند و به نرخ بازیابی تا ۸۵ درصد دست می‌یابند. هوادهی و آب اسیدی شده از این فرآیند پشتیبانی می‌کنند و فرآوری بعدی محلول‌های لیچینگ، کاتد مس با خلوص ۹۹ درصد تولید می‌کند.

بیولیچینگ (Bioleaching) تنها یکی از چندین روش نوآورانه است که برای استخراج مس بیشتر از معادن جدید و موجود، از جمله مسی که قبلاً به دلیل عیار پایین یا ذخایر کوچک غیراقتصادی تلقی می‌شد، به روشی پایدارتر و سریع‌تر برای پاسخگویی به تقاضای رو به رشد، ابداع شده است.

آژانس بین‌المللی انرژی پیش‌بینی می‌کند که تا سال ۲۰۳۵، در صورت عدم اقدام، با کمبود ۳۰ درصدی در عرضه مس، که یک جزء کلیدی در شبکه‌های برق است، مواجه خواهیم شد. این در حالی است که انتظار گسترده‌تری وجود دارد که برای دستیابی به انتشار خالص صفر(net zero)، تقاضای مس از ۲۵ میلیون تن در سال ۲۰۲۱ به ۳۱.۳ میلیون تن تا سال ۲۰۳۰ افزایش یابد.

در معدنJohnson Camp، برنامه بر این است که فناوری Nuton بهینه‌سازی شود تا بتواند در مقیاس تجاری در مجموعه‌ای از حدود ده مشارکت که Nuton در حال مذاکره برای آن‌ها بوده است، به کار گرفته شود.

Adam Burley، مدیرعامل که بیش از ۲۰ سال در Rio Tinto کار کرده است، می‌گوید: این یک لحظه ویژه به نظر می‌رسد. با داده‌ها، تحلیل‌ها و هوش مصنوعی، توانایی عظیمی برای ارزیابی سریع عملکرد فناوری و اجرای سناریوهای مختلف پیرامون شرایط عملیاتی و نحوه اعمال و تنظیم آن وجود دارد، ما نمی‌توانستیم این کار را ۳۰ سال پیش انجام دهیم.

شاید مهم‌تر از همه، این فناوری در فرآوری سولفیدهای اولیه نیازی به کارخانه تغلیظ (concentrator) ندارد، که به طور بالقوه آن را بسیار ارزان‌تر کرده و به فضای بسیار کوچک‌تری نیاز دارد.

Burley توضیح می‌دهد: «اخذ مجوز برای کارخانه‌های تغلیظ می‌تواند دشوار باشد، آن‌ها مصرف آب بیشتری دارند و کنسانتره‌ای تولید می‌کنند که برای ذوب و پالایش به یک محصول نهایی، باید صادر شود. Nuton یک راه‌حل اقتصادی با بازیابی بالا ارائه می‌دهد که به طور بالقوه با یک کارخانه تغلیظ قابل مقایسه است، اما با استفاده کمتر از زمین و مصرف آب کمتر برای تولید کاتد مس نهایی که بخشی از آن می‌تواند در داخل کشور مصرف شود.» این چشم‌اندازی است که می‌تواند وابستگی بیش از حد به چین را، که ۴۰ درصد مس جهان را تولید می‌کند، کاهش دهد.

انتظار فعلی این است که هزینه‌های سرمایه‌ای و عملیاتی کلی بیولیچینگ نیز کمتر باشد و انتظار می‌رود بازیابی مس از سولفیدهای اولیه بالاتر باشد (اگرچه این ممکن است متغیر باشد). با این حال، یکی از معایب این نوع فناوری این است که اگر ماده پایه حاوی سطوح تجاری از محصولات جانبی مانند طلا باشد، این فرآیند در حال حاضر نمی‌تواند هر دو را بازیابی کند.

دیگر بازیگران و پیشگامان در صنعت مس

در همین حال، شرکت BHP Billiton در استارت‌آپ شیلیایی Ceibo سرمایه‌گذاری کرده است؛ شرکتی که کار خود را به عنوان یک کسب‌وکار کاهش‌دهنده گرد و غبار آغاز کرد اما پس از مشاهده یک فرصت، به استخراج مس روی آورد. Ceibo به جای استفاده از فرآیندهای بیولیچینگ، که آن را چندان «قابل کنترل» نمی‌داند، واکنش‌های الکتروشیمیایی را توسعه داده است که اکسیداسیون را در سنگ‌های سولفید اولیه کاتالیز می‌کنند. به گفته این شرکت، این یک فرآیند سریع‌تر و پاک‌تر برای استخراج سولفیدهای مس است.

در اوایل ماه ژوئن، Ceibo از تحویل اولین کاتدهای مس خود از یک کارخانه آزمایشی در یک سایت معدنی در شمال شیلی که متعلق به شرکت Cia Minera San Geronimo است، خبر داد. مشاور بازاریابی، Radhika Iyer، می‌گوید این فناوری می‌تواند با سنگ‌های دارای عیار پایین و کالکوپیریت استفاده شود.

Iyer توضیح می‌دهد: فرآیند Ceibo می‌تواند عمر یک معدن را افزایش دهد، سرمایه‌بری کمتری دارد، ردپای (footprint) کوچک‌تری داشته و در مقایسه با ساخت یک کارخانه تغلیظ و پالایش، هزینه کمتری دارد.

این فناوری در حال حاضر، از جمله با همکاری شرکتGlencore، در حال توسعه به مقیاس بزرگ‌تر است و بر روی ۵۰ نوع سنگ مختلف آزمایش شده است.

در ایالات متحده، شرکت Endolith به ریاست پروفسورLiz Dennett، مانندNuton، در حال توسعه فناوری است که از میکروب‌ها، به قول او «قدیمی‌ترین معدنچیان زمین»، برای تولید مس استفاده می‌کند.

Dennett دارای دکترای اخترزیست‌شناسی (astrobiology) است و برای NASA در زمینه چگونگی اکسید و احیای آهن و گوگرد توسط حیات میکروبی کار کرده است، به گفته او، این هسته آن چیزی است که در هیپ لیچینگ (heap leaches) اتفاق می‌افتد.

در ماه می، Endolith به یک نقطه عطف دست یافت، زمانی که افزایش قابل توجهی در بازیابی مس از سنگ‌های سولفید با عیار پایین را در طول آزمایش در شرایط شبیه‌سازی شده میدانی به نمایش گذاشت. در این آزمایش‌ها از نمونه‌های ارائه شده توسط BHP استفاده شد.

Dennett، که قبلاً به عنوان معمار ارشد در AWS در ساخت پلتفرم‌های ابری (cloud native) و همچنین به عنوان معاون رئیس در Wood McKenzie کار کرده است، می‌گوید این فناوری از هوش منطقی (logical intelligence) استفاده می‌کند.

Dennett توضیح می‌دهد: ما در حال ارزیابی جوامع میکروبی با تشخیص‌های آنی هستیم تا بیشترین بهره را از سنگ‌های با عیار پایین مانند کالکوپیریت و سولفیدهای مخلوط که استخراج آن‌ها به طور فزاینده‌ای چالش‌برانگیز است، ببریم.

این میکروب‌ها در یک کانتینر حمل و نقل نگهداری می‌شوند و می‌توانند به سیستم‌های موجود متصل شوند. Endolith که با شش تولیدکننده مس کار می‌کند، در حال آماده‌سازی برای راه‌اندازی اولین استقرارهای میدانی خود است.

فرصت در انتظار است

چندین شرکت دیگر نیز در حال کار بر روی توسعه فناوری‌های نوپای مشابه در مقیاس بزرگ هستند، از جملهDestiny Copper، Still Bright، Jetti Resources وKofiln، که این خود گویای فرصت بزرگی است که بازار شناسایی کرده است.

Jack Kennedy، یک سرمایه‌گذار در حوزه اقلیم و معدن در Founders Factory که شریک برنامه شتاب‌دهنده Rio Tinto و همچنین سرمایه‌گذار در Endolith است، می‌گوید معدن‌کاری یک صنعت ۲ تریلیون دلاری است که تا به امروز سرمایه‌گذاری بسیار کمی در آن صورت گرفته و پتانسیل این فناوری‌ها قابل توجه است.

او می‌گوید: هر یک از این‌ها به طور بالقوه می‌توانند در آینده با یکدیگر تلاقی کرده و همکاری کنند، که دیدن آن برای ما بسیار جالب خواهد بود. این یک بازار بسیار بسیار بزرگ است.

اگر این فناوری‌ها با موفقیت در مقیاس بزرگ اثبات شوند، می‌توانند تا پایان این دهه به طور گسترده مورد استفاده قرار گیرند. با این حال، ناکامی‌هایی نیز وجود داشته است.Freeport-McMoRan، یکی از سرمایه‌گذاران اولیه درJetti، با این استارت‌آپ در معدن El Abra خود در شیلی همکاری کرد، اما دیگر از فناوری این شرکت استفاده نمی‌کند و به جای آن به دنبال توسعه فناوری خود است.

Dennett می‌گوید یکی از بزرگ‌ترین چالش‌هایی که استارت‌آپ‌ها با آن روبرو هستند، جلب اعتماد شرکت‌های معدنی است.

او می‌افزاید: چالش دیگر این است که این توده‌ها (heaps) بسیار پویا هستند، عیار سنگ معدن از حدود ۳ درصد در یک قرن پیش به ۰.۷ درصد در حال حاضر کاهش یافته است؛ ما باید اطمینان حاصل کنیم که فناوری ما می‌تواند سنگ‌های با ناخالصی بالا را با استفاده از غلظت‌های بالاتر آب شور یا آب لب‌شور مدیریت کند و این میکروب‌ها می‌توانند در هر شرایطی رشد کنند.

با این وجود، Dennett نه تنها در مورد پتانسیلEndolith، بلکه در مورد رقبای خود نیز خوش‌بین است.

Dennett می‌افزاید: این واقعاً مصداق ضرب‌المثل 'آب که بالا رود، همه قایق‌ها را بالا می‌برد' است، زیرا اگر میزان مسی را که تا سال ۲۰۵۰ نیاز داریم در نظر بگیرید، به همه این فناوری‌ها نیاز خواهد بود؛ اگر بتوانیم به سراغ معادن در حال تولید برویم و ۹۰ درصد یا بیشتر مس استخراج کنیم، این امر ردپای زیست‌محیطی معدن‌کاری را به حداقل می‌رساند.

به حداکثر رساندن بازیابی از معادن مس موجود

Randy Smallwood، رئیس و مدیرعاملWheaton Precious Metals، می‌گوید تلاش برای افزایش آنچه می‌توان از یک معدن موجود استخراج کرد «کاملاً منطقی است.

او می‌گوید: صنعت باید بر روی اقداماتی از جمله فناوری و کارایی تمرکز کند که می‌تواند آنچه را از معادن موجود استخراج می‌شود به حداکثر برساند و همچنین در صورت امکان تأثیرات [زیست‌محیطی] را کاهش دهد. بخشی از این امر از طریق فناوری و بخشی دیگر از طریق چارچوب‌های نظارتی [که اجازه توسعه معدن را می‌دهد] حاصل می‌شود.

او می‌گوید این بخشی از فلسفه پشت جایزه چالش آینده معدن‌کاری Wheaton به ارزش ۱ میلیون دلار برای نوآوری است.

او می‌گوید: آنچه در نهایت اهمیت دارد، محصول بیشتر با تأثیر کمتر است، تلاش برای به حداقل رساندن بار کربن یا بهبود یا افزایش مقدار مس بازیابی شده.

Eric Saderholm، مدیرعامل اکتشاف درAmerican Pacific Mining، که چهار دهه در صنعت مس کار کرده است، موافق است که این فناوری‌ها بیشتر معیارها را برآورده می‌کنند.

او می‌گوید: جهان [در حال حاضر] تقریباً ۲۵ میلیون تن مس در سال تولید می‌کند و این [برای پاسخگویی به تقاضا] پایدار نیست اگر فقط از ذوب سنتی و سنگ‌های با عیار بالاتر که به کوره‌های ذوب می‌روند، استفاده کنید. بیولیچینگ شکاف ضروری در تقاضای جهانی را پر خواهد کرد. به ویژه، این فناوری درها را برای ذخایر کوچک‌تر در سراسر جهان که می‌توانند به سرعت نسبی بهره‌برداری شوند، باز خواهد کرد.

تحلیل و جمع بندی

۱. زمینه بازار و چشم‌انداز قیمت

در نیمه سال ۲۰۲۵، بازار مس در یک ابرچرخه ساختاری (Structural Super-Cycle) قرار دارد که ناشی از تقاضای پایدار در بخش‌های گذار انرژی (Energy Transition) و محدودیت‌های فزاینده در سمت عرضه است. قیمت مس در بورس فلزات لندن (LME) به طور مداوم بالاتر از سطح 9,5۰۰ دلار بر تن معامله می‌شود که منعکس‌کننده یک کسری فیزیکی قابل توجه در بازار است. پیش‌بینی‌های تحلیلگران برجسته مانند Goldman Sachs و Trafigura برای نیمه دوم دهه ۲۰۲۰، قیمت‌های بالاتری را هدف‌گذاری کرده‌اند.

فکت کلیدی: گزارش به کسری عرضه ۳۰ درصدی تا سال ۲۰۳۵ (پیش‌بینی IEA) اشاره می‌کند. این معادل یک شکاف عرضه حدود ۱۰ میلیون تنی در سال بر اساس تقاضای پیش‌بینی شده است. این شکاف به تنهایی، سرمایه‌گذاری هنگفت در پروژه‌های جدید و فناوری‌های نوآورانه را توجیه می‌کند.

تحلیل کمی: با توجه به اینکه متوسط زمان توسعه یک معدن جدید (از اکتشاف تا تولید) بین ۱۰ تا ۱۵ سال است، شکاف عرضه در افق 2035-2030 تقریباً قطعی است. فناوری‌های ذکر شده در گزارش (بیولیچینگ و الکتروشیمیایی) نه تنها برای پر کردن این شکاف، بلکه برای جلوگیری از جهش‌های قیمتی خارج از کنترل که می‌تواند جایگزینی مس با آلومینیوم را تسریع کند، حیاتی هستند.

۲. تحلیل اقتصادی فناوری‌های نوین در مقابل روش‌های سنتی

روش سنتی کارخانه تغلیظ + ذوب و پالایش با چالش‌های اساسی روبرو است:

هزینه‌های سرمایه‌ای:  ساخت یک کارخانه تغلیظ در مقیاس جهانی، هزینه‌ای بین ۱.۵ تا ۳ میلیارد دلار دارد و بخش عمده‌ای از CAPEX کل یک پروژه معدنی را تشکیل می‌دهد. حذف این واحد، همانطور که فناوری Nuton ادعا می‌کند، یک تغییر پارادایم در اقتصاد پروژه است. این امر می‌تواند آستانه اقتصادی (Economic Threshold) پروژه‌ها را به شدت کاهش دهد و ذخایر کوچک‌تر (کمتر از ۱۰۰ میلیون تن) و با عیار پایین‌تر (زیر ۰.۵ درصد) را وارد فاز اقتصادی کند.

هزینه‌های عملیاتی: فرآیندهای پیرومتالورژی به شدت انرژی‌بر هستند. با توجه به افزایش قیمت جهانی انرژی و مالیات‌های کربن، هزینه ذوب و پالایش در حال افزایش است. فرآیندهای هیدرومتالورژی مانند بیولیچینگ، مصرف انرژی بسیار کمتری دارند که منجر به کاهش قابل توجه OPEX و همچنین کاهش ردپای کربن (Carbon Footprint) به ازای هر تن مس تولیدی می‌شود.

نرخ بازیابی: فناوری Nuton نرخ بازیابی تا ۸۵ درصد را برای سنگ‌های کالکوپیریت هدف‌گذاری کرده است. این نرخ برای کالکوپیریت که به طور سنتی در فرآیندهای لیچینگ مقاومت بالایی دارد، بسیار قابل توجه است. افزایش نرخ بازیابی به طور مستقیم حاشیه سود را بهبود می‌بخشد و عمر معادن را افزایش می‌دهد.

۳. تأثیرات ژئوپلیتیک و زنجیره تأمین

کاهش وابستگی به چین: گزارش به درستی به تسلط ۴۰ درصدی چین بر ظرفیت ذوب و پالایش جهانی اشاره می‌کند. این یک ریسک استراتژیک برای کشورهای غربی است. فناوری‌هایی که امکان تولید کاتد مس نهایی (Finished Copper Cathode) در محل معدن (مانند آریزونا و شیلی) را فراهم می‌کنند، این وابستگی را دور می‌زنند. این امر نه تنها امنیت عرضه را افزایش می‌دهد، بلکه هزینه‌های حمل و نقل کنسانتره و ریسک‌های لجستیکی را نیز حذف می‌کند.

فعال‌سازی منابع داخلی: کشورهایی مانند ایالات متحده دارای ذخایر بزرگ اما با عیار پایین هستند. این فناوری‌ها می‌توانند این منابع را به طور اقتصادی فعال کرده و به سیاست‌های "تولید داخلی" (Onshoring) و استقلال در زنجیره تأمین مواد حیاتی کمک کنند.

۴. ریسک‌ها و چالش‌های سرمایه‌گذاری

مقیاس‌پذیری: این بزرگ‌ترین ریسک است. موفقیت در کارخانه آزمایشی تضمین‌کننده موفقیت در مقیاس تجاری کامل نیست. مثال Freeport-McMoRan و Jetti یک هشدار جدی است. سرمایه‌گذاران باید به دقت نتایج پروژه Johnson Camp (Nuton/Gunnison) و همکاری Ceibo/Glencore را زیر نظر داشته باشند.

اقتصاد محصولات جانبی: ناتوانی فعلی فرآیندهای بیولیچینگ در بازیابی فلزات گرانبها (طلا، نقره) یک محدودیت جدی است. در بسیاری از معادن مس پورفیری، اعتبارات حاصل از فروش طلا و مولیبدن، هزینه تولید مس را به شدت کاهش می‌دهد. اگر این فناوری‌ها نتوانند این محصولات جانبی را بازیابی کنند، کاربرد آن‌ها به ذخایری محدود می‌شود که فاقد این فلزات هستند.

زمان‌بندی: گزارش اشاره می‌کند که این فناوری‌ها "تا پایان دهه" می‌توانند به کاربری گسترده برسند. این یک بازه زمانی ۵ ساله است. برای بحران عرضه که پیش‌بینی می‌شود از اواخر دهه ۲۰۲۰ تشدید شود، این زمان‌بندی ممکن است کمی دیر باشد و نمی‌تواند جایگزین نیاز فوری به پروژه‌های سنتی جدید شود.

جمع‌بندی

گزارش تصویری روشن از یک نقطه عطف در صنعت مس ارائه می‌دهد: در مواجهه با یک کسری عرضه ساختاری و بلندمدت، صنعت به طور جدی در حال سرمایه‌گذاری بر روی فناوری‌های استخراج نوآورانه است که پتانسیل تغییر بنیادین اقتصاد، ژئوپلیتیک و پایداری تولید مس را دارند. این فناوری‌ها دیگر در حد تئوری نیستند و با حمایت غول‌های معدنی مانند Rio Tinto وBHP، وارد فاز آزمایشی در مقیاس صنعتی شده‌اند. موفقیت یا شکست این پروژه‌ها در ۲ تا ۳ سال آینده، مسیر صنعت مس را برای دهه‌های آتی مشخص خواهد کرد.

نکات کلیدی

بحران عرضه یک محرک است: شکاف پیش‌بینی شده ۳۰ درصدی عرضه تا سال ۲۰۳۵، یک تهدید وجودی برای اهداف گذار انرژی جهانی است و نوآوری را از یک "گزینه" به یک "ضرورت" تبدیل کرده است.

تغییر پارادایم اقتصادی: مزیت اصلی این فناوری‌ها، حذف بالقوه کارخانه‌های تغلیظ پرهزینه و پرمصرف است که می‌تواند هزینه‌های سرمایه‌ای را به شدت کاهش داده و پروژه‌های مرزی (marginal projects) را اقتصادی کند.

مزایای استراتژیک و زیست‌محیطی: تولید کاتد مس در محل معدن، وابستگی ژئوپلیتیکی به ظرفیت ذوب چین را کاهش می‌دهد و با مصرف کمتر آب و انرژی، به اهداف ESG (محیط‌زیست، اجتماع و حاکمیت) کمک شایانی می‌کند.

رقابت و همکاری همزمان: اکوسیستم نوآوری شامل غول‌های صنعتی (Rio Tinto, BHP) و استارت‌آپ‌های چابک (Ceibo, Endolith) است. این مدل ترکیبی، سرعت توسعه و پذیرش فناوری را افزایش می‌دهد.

ریسک‌ها واقعی هستند: چالش‌های مربوط به مقیاس‌پذیری، بازیابی محصولات جانبی و جلب اعتماد صنعت، موانع مهمی هستند که نباید نادیده گرفته شوند. ناکامی‌های گذشته (مانندJetti) نشان می‌دهد که مسیر همواری در پیش نیست.