Paul op den Brouw, NOST Tokyo
Origineel gepubliceerd op de site van Agentschap NL.
Samenvatting
China vermindert geleidelijk de export van zeldzame aardmetalen. Japan is voor negentig procent afhankelijk van de import van deze materialen vanuit China. Vanwege de ruzie over de Senkaku-eilanden heeft China de export van dit soort metalen naar Japan vrijwel stilgelegd. Het land is al enige tijd bezig met het zoeken naar alternatieven. Als eerste stap werd in 2009 een nieuwe strategie voor zeldzame aardmetalen geformuleerd. Deze berust op vier pijlers: het veilig stellen van importen uit nieuwe bronnen en mijnen in het buitenland, recycling, ontwikkeling van alternatief materiaalgebruik en het aanleggen van voorraden. Met hernieuwde energie zoeken de Japanse overheid, bedrijven en universiteiten nu naar oplossingen.
Inleiding
Zeldzame aardmetalen vormen een groep van zeventien chemische elementen uit het periodiek systeem. De groep bestaat uit scandium, yttrium en de vijftien lanthaniden (zie figuur 1). De elementen van deze groep vertonen dezelfde chemische eigenschappen op het gebied van oxidatie, reductie oplosbaarheid en dergelijke. Daardoor zijn ze chemisch moeilijk van elkaar te scheiden. Deze zeldzame aardmetalen zijn tegenwoordig onmisbaar in de ontwikkeling van hightech apparaten en systemen, waaronder de nieuwste generatie elektrische auto’s, speciale magneten, lasers en fosfors voor TV-schermen. Op zichzelf zijn de zeventien metalen niet bijzonder zeldzaam. Wel worden ze maar zelden in commercieel winbare hoeveelheden in de aardkorst aangetroffen. Overigens worden ook andere metalen langzamerhand schaarser, met lithium als actueel voorbeeld.
Figuur 1. Zeldzame aardmetalen in periodiek systeem van de chemische elementen.
Beschikbaarheid
Net als de Verenigde Staten en Europa zoekt ook Japan toenadering tot landen die over minerale delfstoffen met zeldzame aardmetalen beschikken. China voorziet tegenwoordig in 97 procent van de wereldbehoefte. Om de eigen behoefte te kunnen blijven dekken heeft China sinds vorig jaar geleidelijk aan de export verminderd. Voor 2015 verwacht men dat de export tot 35.000 ton zal zijn gedaald. De groeiende spanning tussen Japan en China over de betwiste Senkaku-eilanden is een bijkomende reden waardoor de import van Chinese zeldzame aardmetalen in Japan stil is komen te liggen. Japan is voor negentig procent afhankelijk van Chinese leveranties (zie figuur 2). Zonder de importen uit China raken de voorraden komende lente uitgeput.
Informatietechnologie-grootmacht Japan zoekt dus voor de korte termijn naarstig andere leveranciers. Ook voor de langere termijn zoekt het land naar alternatieven om aan de vraag te kunnen blijven voldoen. In 2009 publiceerde het Japanse Ministerie van Economie, Handel en Industrie (METI) zijn Strategy for Ensuring Stable Supplies of Rare Metals (1). Deze berust op vier pijlers: het veilig stellen van leveranties vanuit (nieuwe) buitenlandse mijnen, recycling, de ontwikkeling van alternatief materiaalgebruik en het aanleggen van voorraden. In september heeft METI in de aanvullende begrotingsronde voor 2010 een voorstel ingediend voor de financiering van maatregelen voor een stabiele voorziening van zeldzame metalen.
Figuur 2. Vraag naar en aanbod van zeldzame aardmetalen in Japan in 2011 (volgens Sojitz Corp.)
Nieuwe buitenlandse bronnen
De nieuwe strategie leidde dit jaar tot een nieuwe wet die het voor het staatsbedrijf JOGMEC (Japan Oil, Gas and Metals National Corporation) mogelijk maakt te investeren in buitenlandse mijnactiviteiten. JOGMEC heeft daarop in oktober een overeenkomst met mijnexploratiebedrijf Midland in Canada geformaliseerd. Het Japanse bedrijf gaat in de provincie Québec op zoek naar metalen als ytterbium, yttrium, dysprosium en andere lanthaniden. Verder ging begin dit jaar de Japanse parlementair secretaris voor economie, handel en industrie naar Vietnam om over levering van zeldzame aardmetalen te spreken. Naar verluidt gaat het in Vietnam om cerium en dysprosium. De Japanse bedrijven Toyoto Tsusho en Sojitz Corporation en een Vietnamees bedrijf tekenden een overeenkomst om samen een mijn te gaan exploiteren die al eerder door een Japanse overheidsorganisatie was onderzocht. Naar verwachting start de winning in 2012. Er zou voldoende materiaal voorhanden zijn voor een miljoen hybride elektrische auto’s. Ook Sumitomo Corporation is begonnen met een haalbaarheidsstudie voor een mijn in het Noorden van Vietnam.
In 2009 tekenden de Japanse overheid en Sumitomo Corporation een overeenkomst met het atoomagentschap van Kazakhstan voor het oprichten van een joint-venture voor het extraheren van zeldzame metalen uit uraniumerts. Japan biedt Kazakhstan technologische en financiële ondersteuning in ruil voor de metalen. Binnen een jaar moet het tot een productie van drieduizend metrische ton komen, ongeveer tien procent van de hoeveelheid die Japan importeert. Met de productie uit het Toyota Tsucho-Sojitz project zou het totaal aan leveranties van buiten China op zevenduizend ton komen, voldoende om twintig procent van de Japanse behoefte te dekken. Met de VS, Mongolië en Australië is de Japanse overheid nog in gesprek.
Het Australische bedrijf Lynas Corporation uit Sydney heeft al een contract gesloten met een niet nader bekend gemaakt Japans bedrijf voor levering van zeldzame aardmetalen.
Ondertussen zijn ook andere Japanse bedrijven zelf op zoek naar levering van schaarse metalen uit andere landen. Zo heeft Toyota in september een eigen interne werkgroep voor de voorziening van zeldzame metalen opgericht. Mitsubishi betrekt materialen uit Brazilië. Mitsui & Co. heeft afspraken met Canada over leverantie van lithium. Verder hebben Mitsubishi en Sumitomo veel energie gestoken in contacten met Bolivia. Dit land heeft meer dan vijftig procent van de wereldwijde reserves aan lithium binnen zijn grenzen. Daarbij ondervindt Japan zware concurrentie met Frankrijk, Zuid-Korea en China.
Nieuwe Japanse bronnen?
Op en in de oceaanbodem bevinden zich onbekende hoeveelheden mineralen. Gezien de toenemende metaalschaarste groeit de belangstelling voor exploitatie van deze bronnen. Vaak bevinden deze mineralen zich in gebieden waar verschillende landen territoriale claims uitoefenen, wat mijnactiviteit bemoeilijkt. Binnen de grote Exclusieve Economische Zone (EEZ) van Japan zijn tot nu toe vijftien locaties met zogeheten hydrothermale deposities van ertsen aangetroffen. Deze onderzeese ertsafzettingen bevinden zich op diepten tussen vijfhonderd en drieduizend meter en bevatten in ieder geval goud, zilver, koper, gallium, zink en andere metalen. Soms komen deze bronnen in de vorm van knollen voor, zoals bij mangaan. Kobalt bevindt zich in korstlagen op zeehellingen. De meeste Japanse locaties liggen rond de Izu- en Ogasawara-eilanden. In 2006 kondigde het Britse venture-bedrijf Neptune Plc. aan mijnconcessies in Japans EEZ te gaan aanvragen voor de exploratie van deze onderzeese hydrothermale ertsafzettingen. In 2009 rapporteert Neptune positief over sulfidendeposities op verschillende onderzeese locaties rond Japan (2).
Recycling
Oude apparaten zoals witgoed en mobiele telefoons bevatten interessante hoeveelheden zeldzame aardmetalen. Recycling kan fors bijdragen aan dekking van de groeiende behoefte aan deze materialen. Dit wordt ook wel “urban mining” genoemd. Mits goed georganiseerd kan dit een stabiele bron van een aantal zeldzame metalen opleveren. Japan lijkt goed gepositioneerd voor deze recycling. Het National Institute for Materials Science (NIMS) heeft berekend dat in Japan ongeveer vijftienhonderd ton indium kan worden geëxtraheerd uit oude TV’s en andere elektrische apparaten. Deze hoeveelheid alleen al staat gelijk aan ongeveer veertig procent van de wereldwijde reserve. Aan goud is momenteel ongeveer zestien procent aanwezig in urban mines in Japan (3).
In 2009 lanceerde METI een campagne voor het innemen van oude mobieltjes. Aan het begin van dit jaar bleken er meer dan 230.000 telefoons te zijn ingeleverd. Elk telefoontje levert ongeveer honderd yen aan waardevol metaal op, vooral goud. De waardevolle zeldzame aardmetalen vertegenwoordigen minder dan tien yen per telefoon. Ondertussen stimuleert METI ook nieuwe, kosteneffectieve recyclingtechnologie.
Bedrijven tonen daarvoor steeds meer interesse. Onlangs heeft Shin-Etsu Chemical Company aangekondigd zeldzame metalen uit oude huishoudelijke apparaten te gaan halen en Showa Denko begint met de extractie van dysprosium en neodymium uit fragmenten van magneten uit elektromotoren. Deze fragmenten ontstaan tijdens de productie van de magneten.
Alternatieve materialen
Met hernieuwde energie zijn universiteiten en bedrijven de laatste jaren op zoek gegaan naar alternatieve materialen als vervanging voor zeldzame aardmetalen en andere schaarser wordende metalen.
Lithium
Als gevolg van de groeiende vraag naar elektrische auto’s is Sanyo, ’s werelds grootste producent van oplaadbare batterijen, van plan de productiecapaciteit van de nieuwste generatie batterijen met veertig procent op te voeren. Naar verwachting zullen er in een nieuwe fabriek in Kasai in de prefectuur Hyogo in 2011 drie- tot vierhonderdduizend extra lithium-ion batterijen worden geproduceerd. Volkswagen en Audi zullen de eerste afnemers worden. Tot nu toe levert Sanyo vooral nikkelmetaalhydride (NimH) batterijen voor Honda, Ford en Volkswagen. Geleidelijk zullen de lithium-ion batterijen de NimH batterijen vervangen omdat een aantal metalen voor dit type batterijen steeds moeilijker te verkrijgen is en in lithium-ion batterijen meer energie valt op te slaan.
Cerium
Ruim negentig procent van het cerium in Japan komt uit China. Per maand gebruikt Japan ongeveer duizend ton ceriumoxide. Ruim negentig procent daarvan dient voor het polijsten van allerlei harde materialen. Showa Denko KK kondigde onlangs aan dat de prijs van op cerium gebaseerde polijstmaterialen per november met driehonderd procent zal stijgen (4). Ook de twee andere Japanse leveranciers, Mitsui Mining & Smelting Co. en Taiyo Koko Co., zijn van plan hun prijzen voor ceriumproducten te verhogen. Vooral de producenten van LCD-schermen en glassubstraten voor harde schijven van computers zullen hierdoor getroffen worden. De productie van glassubstraten voor LCD-schermen is voor dertig procent afhankelijk van ceriumoxide.
Onderzoekers van de Ritsumeikan Universiteit zijn erin geslaagd een goed alternatief voor cerium te vinden. Samen met het in polijstmaterialen gespecialiseerde Kokonoe Electric ontwikkelde professor Yasuhiro Tani een nieuwe slipvrije epoxymat. Deze nieuwe mat verhoogt het rendement van een op zirkoon gebaseerd polijstmateriaal met zeventig procent (5).
Dysprosium
Het Magnetische Materialen Centrum van het National Institute for Materials Science (NIMS) heeft een methode gevonden om de coërciviteit van neodymium magneten op peil te houden zonder dysprosium (6). Dysprosium wordt toegevoegd aan neodymium magneten om te voorkomen dat deze bij hoge temperaturen te snel zwakker worden. De Japanse Intermetallics Corporation heeft Mitsubishi als één van de belangrijkste aandeelhouders. Het bedrijf werkt aan productietechnologie om het percentage dysprosium in de magneten van elektromotoren van elektrische auto’s terug te brengen van tien procent tot één procent. Ook TDK ontwikkelt een motor die twintig tot vijftig procent minder dysprosium bevat.
Neodymium
Hitachi is er in geslaagd om ferrietmagneten voor een elektromotor te maken. Deze magneten maken geen gebruik meer van neodymium en andere schaarse metalen. Een veranderde structuur rond de rotor vergroot de kracht van de magneet. Er is een prototype dat dezelfde prestaties levert als een op zeldzame metalen gebaseerde elektromotor, maar tegen een tien procent lager stroomverbruik. Hitachi hoopt de nieuwe motor te kunnen gebruiken in airconditioners. Grotere motoren zouden ook geschikt kunnen zijn voor elektrische auto’s.
Daikin heeft in samenwerking met Osaka Prefecture University een hoog-vermogen motor ontwikkeld opgebouwd uit een ijzer- en ferrietmagneet. In de ijzeren rotor is een ferrietmagneet ingebed. De motor kan tien maal kleiner worden uitgevoerd dan conventionele motoren. Met vijftig kW vermogen is de motor krachtig genoeg voor een elektrische auto.
Tohoku universiteit en Teijin ontwikkelden samen een nieuwe krachtige magneet op basis van een nieuw composiet van ijzer en stikstof (7).
Voorraden
JOGMEC is ook verantwoordelijk voor het beheer van de nationale voorraden aan schaarse metalen. Op dit moment wordt de organisatie geacht een voorraad voor 42 dagen aan te houden in zijn opslagfaciliteit in Ibaraki. Dit geldt voor zeven metaalsoorten: nikkel, chroom, wolfraam, kobalt, molybdeen, mangaan en vanadium. JOGMEC volgt vraag en aanbod nauwkeurig en koopt en verkoopt zo nodig metalen (8). JOGMEC zal in de toekomst ook een grotere rol gaan spelen bij het beheer van de voorraden aan zeldzame aardmetalen.
Zie voor meer informatie referentie 9.
Bronnen
1. Strategy for Ensuring Stable Supplies of Rare Metals (METI) July 2009: http://www.meti.go.jp/english/press/data/20090728_01.html.
2. Other explorations of Neptune Minerals: http://www.neptuneminerals.com/Neptune-Minerals-other-exploration.html.
3. NIMS Persbericht 2008: http://www.nims.go.jp/eng/news/press/2008/01/p200801110.html en Re4-vision of materials(presentatie 5 Sep 2007 en 19 Nov 2009 van Halada Kohmei): http://www.nims.go.jp/ecomaterial/hal/MR/doc/
4. The Nikkei September 14, 2010.
5. The Nikkei, September 17, 2010.
6. NIMS nieuwe mageneten zonder dysprosium: http://www.nims.go.jp/eng/news/press/2010/08/p201008301.html.
7. The Nikkei Weekly, September 27, 2010, page 24.
8. JOGMEC: metaalvoorraden: http://www.jogmec.go.jp/english/activities/stockpiling_metal/index.html.
9. AIST: Rare Metals (2008): http://www.aist.go.jp/aist_e/research_results/publications/pamphlet/
