چالش کانیهای حیاتی اتحادیه اروپا تا سال ۲۰۳۰

قانون مواد خام حیاتی اتحادیه اروپا اهداف بلندپروازانه‌ای را برای افزایش تاب‌آوری زنجیره‌های تأمین مواد معدنی حیاتی تعیین می‌کند.

این قانون شامل اهداف غیرالزام‌آور است تا برای اتحادیه اروپا ظرفیت معدنی کافی ایجاد کند به‌طوریکه معادن درون این بلوک بتوانند ۱۰٪ از تقاضای مواد معدنی حیاتی خود را تأمین کنند.

علاوه بر این، این قانون هدفی را برای تأمین ۴۰٪ از تقاضا از طریق فرآوری درون بلوک و ۲۵٪ از طریق بازیافت تعیین می‌کند.

چند ماه پس از تصویب این قانون در مه ۲۰۲۴، این گرافیک چالشی را که اتحادیه اروپا قصد دارد بر آن غلبه کند، برجسته می‌کند.

عرضه هدف بر اساس قانون کانیهای خام حیاتی اتحادیه اروپا (CRMA) محاسبه شده است که هدف‌گذاری کرده تا تا سال 2030، 10 درصد از تقاضای سالانه خود را استخراج، 25 درصد را بازیافت و 40 درصد را فرآوری کند. این اهداف شامل 17 ماده خام حیاتی است. اطلاعات مربوط به جولای 2024 می‌باشد. 

* فرآوری شامل مواد شیمیایی لیتیوم، سولفات نیکل، کبالت تصفیه‌شده، سولفات منگنز با خلوص بالا (HPMSM) و گرافیت کروی (SPG) می‌شود. 

** واحدها بر حسب تن معادل کربنات لیتیوم محاسبه شده‌اند. 

*** گرافیت مصنوعی در این محاسبات لحاظ نشده است.

تأمین کانیهای حیاتی اروپا

به استثنای استخراج نیکل، هیچ یک از مواد معدنی باتری که توسط اتحادیه اروپا استراتژیک تلقی می شوند در مسیر تحقق این اهداف نیستند.

در مورد گرافیت، بزرگترین جزء معدنی مورد استفاده در باتری ها، نگرانی خاصی وجود دارد. هیچ منبع معدنی از معدن منگنز یا کک، مواد اولیه گرافیت مصنوعی، در اتحادیه اروپا وجود ندارد.

تحلیل تقاضای مواد معدنی تا سال 2030

جدول زیر تقاضای پیش‌بینی‌شده برای برخی از مواد معدنی حیاتی تا سال 2030 را نشان می‌دهد و همچنین اهداف مربوط به استخراج، فرآوری و بازیافت آن‌ها را مشخص می‌کند:

نکات کلیدی:

- تقاضای لیتیوم: با توجه به افزایش تقاضا برای باتری‌های لیتیوم-یونی، نیاز به تأمین لیتیوم به شدت احساس می‌شود.

- نیکل و کبالت: این فلزات به عنوان مواد اصلی در باتری‌های الکتریکی و دیگر کاربردهای صنعتی ضروری هستند.

- منگنز: با توجه به کاربردهای آن در صنایع مختلف، تأمین منگنز نیز اهمیت دارد.

- بازیافت: اهداف بازیافت برای هر فلز تعیین شده است که نشان‌دهنده اهمیت بازیافت در تأمین نیازهای آینده است.

این اطلاعات نشان‌دهنده چالش‌ها و فرصت‌های موجود در زنجیره تأمین مواد معدنی حیاتی برای دستیابی به اهداف پایدار و کاهش وابستگی به منابع اولیه است.

همچنین انتظار می رود اتحادیه اروپا 29000 تن LCE (معادل کربنات لیتیوم) در مقایسه با 46000 تن مورد نیاز برای دستیابی به هدف 10 درصد استخراج کند.

از نظر فرآوری مواد معدنی، انتظار می رود این بلوک 25 درصد از لیتیوم مورد نیاز خود، 76 درصد نیکل، 51 درصد کبالت، 36 درصد منگنز و 20 درصد گرافیت پولکی را فرآوری کند.

انتظار می رود اتحادیه اروپا تنها 22 درصد از نیازهای لیتیوم، 25 درصد نیکل، 26 درصد کبالت و 14 درصد منگنز مورد نیاز خود را بازیافت کند. در همین حال، گرافیت به طور گسترده در مقیاس تجاری بازیافت نمی شود.

اتحادیه اروپا با چالش‌های قابل توجهی در تأمین مواد معدنی حیاتی روبرو است که برای صنایع پیشرفته مانند انرژی‌های تجدیدپذیر، باتری‌ها، الکترونیک، و تولیدات دفاعی ضروری هستند. پیش‌بینی‌ها نشان می‌دهد که تقاضا برای این مواد تا سال ۲۰۳۰ به طور چشمگیری افزایش خواهد یافت، در حالیکه منابع داخلی و تنوع زنجیره تأمین به طور کامل پاسخگوی این نیازها نخواهد بود.

مواد معدنی کلیدی با کمبود پیش‌بینی‌شده

لیتیم: تقاضا برای تولید باتری‌های وسایل نقلیه الکتریکی (EVs) افزایش خواهد یافت.

گرافیت طبیعی: ماده اصلی برای آند باتری‌ها.

کبالت: حیاتی برای باتری‌ها و صنایع هوافضا.

عناصر نادر خاکی: (REEs) مورد نیاز در توربین‌های بادی و موتورها.

نیکل و منگنز: ضروری برای ذخیره انرژی و فولادسازی.

شکاف عرضه و تقاضا

پیش‌بینی رشد تقاضا: اتحادیه اروپا ممکن است برای تامین بیش از 80 درصد مواد معدنی حیاتی به واردات وابسته باشد.

تمرکز جغرافیایی تولید: بخش عمده‌ای از این مواد از کشورهایی مانند چین، جمهوری دموکراتیک کنگو، و روسیه وارد می‌شود، که این وابستگی نگرانی‌های ژئوپلیتیکی ایجاد می‌کند.

اقدامات اتحادیه اروپا

استراتژی مواد حیاتی: سرمایه‌گذاری در پروژه‌های معدنی داخلی و اکتشاف.

تنوع‌بخشی زنجیره تأمین: قراردادهای همکاری با کشورهای دیگر مانند کانادا و استرالیا.

بازیافت پیشرفته: افزایش ظرفیت بازیافت باتری‌ها و محصولات الکترونیکی.

تحقیق و توسعه: تحقیق برای کاهش وابستگی به مواد حیاتی خاص از طریق جایگزین‌های نوآورانه.

چشم‌انداز تا سال ۲۰۳۰

اگرچه اتحادیه اروپا تلاش‌های گسترده‌ای برای کاهش شکاف کانیهای حیاتی آغاز کرده است، تحقق اهداف کربن‌زدایی و رقابت‌پذیری صنعتی به موفقیت در این اقدامات بستگی دارد. شکاف‌های موجود در زنجیره تأمین می‌تواند مانعی برای دستیابی به اقتصاد پایدار و پیشرفته باشد.

بررسی کلی شکاف

اتحادیه اروپا (EU) با چالش فزاینده‌ای در تأمین مواد معدنی حیاتی مواجه است که برای گذار به انرژی‌های سبز و دیجیتال ضروری هستند. با افزایش تقاضا برای فناوری‌های انرژی تجدیدپذیر، باتری‌ها و الکترونیک، زنجیره‌های تأمین برای پاسخگویی به نیازهای اتحادیه اروپا دچار مشکل شده‌اند و این موضوع شکاف قابل توجهی را تا سال ۲۰۳۰ نمایان می‌کند. 

کانیهای حیاتی مورد تقاضا 

1. لیتیم: برای باتری‌های خودروهای الکتریکی (EV) ضروری است؛ پیش‌بینی می‌شود تقاضا تا سال ۲۰۳۰ هجده برابر افزایش یابد. 

2. گرافیت (طبیعی): جزء اصلی آند باتری‌ها. 

3. عناصر نادر خاکی (REEs): در توربین‌های بادی، موتورها و الکترونیک خودروهای الکتریکی استفاده می‌شوند. 

4. کبالت: برای باتری‌های با عملکرد بالا حیاتی است. 

5. نیکل و منگنز: برای تولید باتری و آلیاژهای فولاد ضروری هستند. 

موانع زنجیره تأمین

- وابستگی به واردات: اتحادیه اروپا بیش از ۹۰٪ از چندین کانی استراتژیک را وارد می‌کند و چین بر عرضه جهانی عناصر نادر خاکی و گرافیت تسلط دارد. 

- ریسک‌های ژئوپلیتیکی: تنش‌های سیاسی با تأمین‌کنندگان اصلی مانند چین و روسیه پایداری زنجیره تأمین را تهدید می‌کند. 

- تولید داخلی محدود: امکانات معدنی و فرآوری در اتحادیه اروپا ناکافی هستند. 

شکاف پیش‌بینی‌شده تا سال ۲۰۳۰

- لیتیم: در صورت توسعه نیافتن منابع جدید، عرضه کمتر از ۳۰٪ از تقاضا را پوشش خواهد داد. 

- گرافیت: بیش از ۸۰٪ از تقاضا ممکن است به واردات غیراتحادیه اروپا وابسته باشد. 

- عناصر نادر خاکی (REEs): پیش‌بینی می‌شود وابستگی ۸۰ تا ۹۰ درصدی به منابع خارجی، آسیب‌پذیری زنجیره تأمین را افزایش دهد. 

استراتژی‌های اتحادیه اروپا برای کاهش شکاف

1. قانون مواد اولیه: تعیین اهداف برای تولید داخلی و بازیافت مواد معدنی حیاتی. 

2. تنوع‌بخشی به زنجیره‌های تأمین: همکاری با کشورهایی مانند کانادا و استرالیا برای تأمین منابع جایگزین. 

3. سرمایه‌گذاری در معدن‌کاری و فرآوری: گسترش تولید در اتحادیه اروپا از طریق تأمین مالی و مشوق‌های سیاسی. 

4. پیشرفت در بازیافت: بهبود بازیابی مواد معدنی حیاتی از باتری‌ها و محصولات الکترونیکی. 

5. نوآوری در جایگزین‌ها: تحقیق در مورد مواد جایگزین برای مواد معدنی به‌شدت کمیاب.   

تا سال ۲۰۳۰، پرداختن به شکاف مواد معدنی حیاتی اتحادیه اروپا برای دستیابی به اهداف گذار انرژی و صنعتی آن حیاتی خواهد بود. عدم تضمین تأمین پایدار می‌تواند روند ابتکارات کلیدی را کند نماید، در حالیکه استراتژی‌های مؤثر ممکن است اتحادیه اروپا را به عنوان رهبر انرژی پاک و فناوری پیشرفته مطرح کند. 

پی نوشت

LCE (معادل کربنات لیتیوم)

LCE یا Lithium Carbonate Equivalent یک واحد اندازه‌گیری استاندارد است که برای بیان محتوای لیتیوم در مواد معدنی و محصولات مرتبط استفاده می‌شود. این واحد به‌ویژه در صنایع باتری و خودروهای الکتریکی رایج است، زیرا کربنات لیتیوم یکی از مواد کلیدی در تولید باتری‌های لیتیوم-یون است. 

چگونگی محاسبه LCE

LCE با تبدیل مقدار لیتیوم (Li) موجود در ماده به معادل کربنات لیتیوم (Li₂CO₃) محاسبه می‌شود. نسبت تبدیل معمولاً به این صورت است: 

- 1 تن لیتیوم  = 5.323 تن LCE

کاربردهای LCE

- مقایسه و ارزیابی منابع لیتیوم: LCE به عنوان یک استاندارد برای مقایسه میزان لیتیوم در ذخایر معدنی مختلف استفاده می‌شود. 

- گزارش‌دهی در صنعت: شرکت‌های معدنی از LCE برای گزارش‌دهی ذخایر و تولیدات خود استفاده می‌کنند. 

- برنامه‌ریزی زنجیره تأمین: LCE به تولیدکنندگان باتری و خودروهای الکتریکی کمک می‌کند تا نیازهای خود را برنامه‌ریزی کنند. 

این واحد به دلیل کاربرد گسترده‌اش در تحلیل‌ها و گزارش‌های مربوط به بازار لیتیوم، درک ساده‌تر و مقایسه دقیق‌تری از عرضه و تقاضا فراهم می‌کند.

گرافیت کروی (Spherical Graphite)

گرافیت کروی (SPG) یک ماده کلیدی در تولید باتری‌های لیتیوم-یونی است و به عنوان آند در این باتری‌ها استفاده می‌شود. این نوع گرافیت به دلیل شکل کروی خود، مزایای خاصی نسبت به گرافیت ورقه‌ای دارد و به بهبود عملکرد باتری کمک می‌کند.

ویژگی‌ها و کاربردهای گرافیت کروی:

- عملکرد در باتری‌ها: گرافیت کروی به دلیل توانایی بالای خود در جذب و آزادسازی یون‌های لیتیوم، به عنوان ماده آند در باتری‌های لیتیوم-یونی انتخاب می‌شود. این ویژگی باعث افزایش ظرفیت و کارایی باتری می‌شود.

- مزایای شکل کروی: شکل کروی گرافیت باعث کاهش سطح مخصوص آن و کمینه شدن اتلاف ظرفیت می‌گردد. همچنین، این شکل بسته‌بندی مؤثرتری را فراهم می‌کند و چگالی تپ را افزایش می‌دهد.

- تقاضای بازار: با افزایش تقاضا برای خودروهای برقی و فناوری‌های انرژی پاک، تقاضا برای گرافیت کروی نیز به سرعت در حال افزایش است. پیش‌بینی می‌شود که بازار گرافیت کروی با نرخ رشد سالانه ۲۷٪ در شش سال گذشته رشد کند.

- فرآیند تولید: تولید گرافیت کروی معمولاً شامل خرد کردن و فرآوری گرافیت ورقه‌ای طبیعی است. این فرآیند شامل مراحل مختلفی از جمله تصفیه و کریستالیزاسیون برای دستیابی به خلوص بالا (>99.95%) است.

نکات قابل ذکر:

1. تولید با کیفیت بالا: شرکت‌هایی مانند Energizer Resources تأیید کرده‌اند که گرافیت کروی با کیفیت باتری از کنسانتره گرافیت مولو (Molo) تولید شده است.

   2. روش‌های تصفیه: روش‌های مختلفی برای تصفیه گرافیت وجود دارد که شامل تصفیه اسیدی و حرارتی است تا ناخالصی‌هایی مانند SiO2، Fe و سایر عناصر فلزی حذف شوند.

3. کاربردهای دیگر: علاوه بر استفاده در باتری‌ها، گرافیت کروی در صنایع مختلف نیز کاربرد دارد، از جمله در تولید کاتالیزورها و مواد شیمیایی.

در نتیجه، گرافیت کروی نقش حیاتی در فناوری‌های مدرن باتری ایفا کرده و با توجه به روند رو به رشد تقاضا برای انرژی‌های پاک، اهمیت بیشتری پیدا کرده است.

 

چگالی تپ

چگالی تپ یا چگالی انباشتگی (Tap Density) به معنای چگالی یک پودر یا گرانول است که پس از فشرده‌سازی و ضربه زدن به آن اندازه‌گیری می‌شود. این ویژگی به طور خاص در صنایع داروسازی و شیمیایی برای ارزیابی کیفیت و عملکرد مواد پودری اهمیت دارد.

تعریف و اهمیت

چگالی تپ به عنوان نسبت جرم به حجم ماده‌ای که تحت تاثیر ضربه و فشرده‌سازی قرار گرفته، تعریف می‌شود. این مقدار می‌تواند نشان‌دهنده قابلیت فشردگی و رفتار پودر در فرآیندهای مختلف صنعتی باشد. از آنجاییکه چگالی تپ با ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی مواد مرتبط است، اطلاعات دقیق درباره آن می‌تواند در بهینه‌سازی فرایندهای تولید و کنترل کیفیت بسیار مفید باشد.

روش اندازه‌گیری

برای اندازه‌گیری چگالی تپ، از دستگاه‌های خاصی به نام دستگاه تست چگالی پودر استفاده می‌شود. این دستگاه‌ها معمولاً قابلیت تنظیم سرعت ضربه، تعداد بار ضربه و دیگر پارامترها را دارند تا نتایج دقیقی ارائه دهند.

کاربردها

چگالی تپ در صنایع مختلفی مانند:

- داروسازی: برای تعیین کیفیت قرص‌ها و کپسول‌ها.

- صنایع غذایی: برای ارزیابی پودرهای غذایی.

- صنایع شیمیایی: برای بررسی مواد اولیه.

در نتیجه، چگالی تپ یک ویژگی کلیدی برای ارزیابی و کنترل کیفیت مواد پودری در صنایع مختلف است.

سطح مخصوص

سطح مخصوص یا **سطح ویژه (Specific Surface Area) یک ویژگی کلیدی در مطالعه مواد جامد، به ویژه مواد جاذب سطحی است. این مقدار به صورت نسبت سطح ماده به واحد جرم آن تعریف می‌شود و به طور معمول با واحد m²/g گزارش می‌شود.

اهمیت سطح مخصوص

سطح مخصوص در انتخاب مواد جاذب و کاتالیزورها در واکنش‌های شیمیایی نقش حیاتی دارد. به عنوان مثال، نانوذرات اکسید آلومینیوم برای رسوب‌گذاری بر روی سطوح جامد نیاز به بررسی دقیق سطح مخصوص دارند. این ویژگی همچنین در ارزیابی کیفیت مواد جاذب و بررسی خواص فیزیکی و شیمیایی آنها اهمیت دارد.

روش‌های اندازه‌گیری سطح مخصوص

چندین روش برای اندازه‌گیری سطح مخصوص وجود دارد که شامل:

- جذب گاز: این روش بر اساس حجم گاز جذب شده روی سطح ماده و تخلخل آن محاسبه می‌شود. نظریه‌های لانگمیر و BET برای تحلیل داده‌ها استفاده می‌شوند.

- جذب مولکول از محلول: در این روش از مایعات قطبی مانند اتیلن گلیکول مونو اتیل اتر استفاده می‌شود. این روش نسبت به جذب گاز ساده‌تر است اما نیاز به شرایط خاصی دارد.

- جذب متیلن آبی: این روش یکی از رایج‌ترین روش‌ها برای تعیین سطح مخصوص است که با جذب رنگ متیلن آبی روی سطوح منفی انجام می‌شود.

کاربردها

سطح مخصوص در صنایع مختلفی مانند کاتالیزورها، فیلترها و باتری‌ها بسیار مهم است. افزایش سطح مخصوص معمولاً باعث بهبود عملکرد و کارایی این مواد در کاربردهای صنعتی می‌شود.

 

شرکت مولو (Molo)

شرکت مولو (Molo) به عنوان یکی از تولیدکنندگان برجسته گرافیت در جهان شناخته می‌شود و معدن گرافیت آن در ماداگاسکار واقع شده است. این معدن به دلیل ویژگی‌های خاص خود، به عنوان یکی از بزرگترین معادن گرافیت در دنیا شناخته می‌شود.

مشخصات معدن گرافیت مولو

-موقعیت: معدن مولو در استان تولیارا در جنوب ماداگاسکار قرار دارد.

- تولید: در فاز اول، این معدن پیش‌بینی می‌شود که سالانه 17,000 تن کنسانتره گرافیت پولکی تولید کند و در فاز دوم این ظرفیت به 150,000 تن در سال افزایش خواهد یافت.

- تاریخ شروع: فعالیت‌های این معدن از سال 2021 آغاز شده است.

کاربردهای گرافیت مولو

گرافیت تولیدی توسط شرکت مولو دارای کاربردهای گسترده‌ای است که شامل موارد زیر می‌شود:

- جوهرهای گرافنی: گرافیت مولو به نانوپلاکت‌های گرافنی تبدیل شده و در تولید جوهرهای کربنی و الکترونیک چاپی استفاده می‌شود.

- باتری‌های لیتیوم-یونی: این گرافیت به عنوان ماده‌ای کلیدی برای ساخت آند باتری‌های لیتیوم-یونی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

- الکتروتکنیک و متالورژی: به دلیل رسانایی الکتریکی بالا، از گرافیت در ساخت الکترودها، صفحات خورشیدی و به عنوان روان‌کننده‌ها استفاده می‌شود.

ویژگی‌های فنی

گرافیت مولو به دلیل ساختار لایه‌ای خود، دارای نرمی و قابلیت لغزش بالاست. این ویژگی‌ها باعث می‌شود که گرافیت به راحتی در صنایع مختلف مورد استفاده قرار گیرد. همچنین، مقاومت بالای آن در برابر دما و عدم واکنش با مواد دیگر، آن را به ماده‌ای مناسب برای کاربردهای صنعتی تبدیل کرده است.

در مجموع، شرکت مولو با تأسیس معدن خود در ماداگاسکار و تولید گرافیت با کیفیت بالا، نقش مهمی در تأمین نیازهای جهانی به مواد اولیه برای صنایع مختلف ایفا می‌کند.