Rosnące zapotrzebowanie na metale ziem rzadkich stwarza szereg wyzwań związanych z ochroną środowiska, geopolityką, społeczeństwem i techniką. Zobacz, w jaki sposób miedź może temu zaradzić.
Eksploatacja miedzi jest korzystna ze względu na jej wysoką dostępność na całym świecie, sprawną dystrybucję i rozwinięte metody wydobywania. Ponadto miedź ma stosunkowo stabilną cenę rynkową (ustalaną w bardzo przewidywalny sposób), a także podlega recyklingowi. Miedź stanowi więc atrakcyjną alternatywę dla metali ziem rzadkich wykorzystywanych w maszynach wirujących. Mimo że obecnie zastosowanie tych metali w maszynach wirujących jest niewielkie, w szybkim tempie wzrasta. Miedź może zatem ograniczyć uzależnienie UE od metali ziem rzadkich.
W skorupie ziemskiej występuje 17 różnych metali rzadkich. Dzięki swoim unikalnym właściwościom magnetycznym, metale te stały się kluczowym elementem wielu rozwiązań technologicznych XXI wieku, takich jak smartfony, pojazdy elektryczne i turbiny wiatrowe. Na przykład iPhone zawiera aż osiem metali ziem rzadkich. Surowce te są niezwykle istotne, a popyt na nie stale rośnie. Dlatego UE pracuje nad zwiększeniem dostępu do tych metali, ograniczeniem ich eksploatacji i poprawą warunków wydobywania w Europie. Celem jest rozwiązanie problemów dotyczących dostarczania metali ziem rzadkich, ich recyklingu oraz zmian ceny.
Miedź jako alternatywa
Obecnie dla wielu powyższych zastosowań nie ma prostej alternatywy. Jednak w obliczu rosnącego zastosowania metali ziem rzadkich w maszynach wirujących, na przykład w pojazdach elektrycznych i turbinach wiatrowych, można wykorzystać miedź.
Większość silników w pojazdach elektrycznych zawiera magnes trwały i wykorzystuje metale ziem rzadkich. Technologia silników z magnesem trwałym oferuje szereg zalet, ale także wady – na przykład ryzyko rozmagnesowania po zbytnim nagrzaniu silnika. Problemy techniczne i utrudnienia związane z eksploatacją metali ziem rzadkich doprowadziły do zainteresowania rozwojem technologii alternatywnych, które nie wykorzystują magnesów trwałych.
ZOBACZ TAKŻE: Raport: Auta elektryczne. 10 FAKTÓW nt. elektromobilności
Jeden z takich projektów, finansowany z programu Unii Europejskiej Horizon 2020 w zakresie badań naukowych i innowacji, to ReFreeDrive (Rare Earth Free Drive, napęd bez metali ziem rzadkich). Projekt ma na celu dalsze rozwinięcie dwóch technologii – zastosowanie miedzi w silnikach indukcyjnych oraz w silnikach reluktancyjnych synchronicznych. Udoskonalenia dotyczą różnych aspektów, od projektu silnika, przez przygotowanie materiałów – stali i miedzi – aż po wykorzystanie zaawansowanych technologii instalacji.
Projekt dotyczy także konstrukcji urządzeń elektroniki przemysłowej z wykorzystaniem półprzewodników o dużej przerwie energetycznej. Uwzględnia także system sterowania, w tym funkcje ładowania baterii. Opracowywane są dwa prototypy – o mocy 75 kW i 200 kW. Poddaje się je testom i próbom integracji w jednym pojeździe elektrycznym. Takie warianty mocy obejmują zapotrzebowanie typowe dla wielu pojazdów drogowych i transportowych.
W dziedzinie energetyki wiatrowej dominują bezpośrednio napędzane generatory wyposażone w konwertery całej mocy, niewykorzystujące skrzyni przekładniowych (wymagają konserwacji i są podatne na awarie). Generatory te umożliwiają także ogólne usprawnienie działania turbiny wiatrowej. Technologia ta w dużym stopniu wykorzystuje generatory z magnesami trwałymi. Istnieje jednak alternatywa oparta na miedzi – technologia wzbudzenia. Nie potrzebuje ona metali ziem rzadkich, za to w pełni wykorzystuje zalety napędu bezpośredniego. Obecnie dość niewielu producentów stosuje tę metodę, ale można ją bardziej rozpowszechnić.
CZYTAJ TAKŻE: Mikroelektrownie wiatrowe w systemach zasilania budynków
Jakie są zalety miedzi?
Wysoka dostępność i sprawna dystrybucja
Zasoby miedzi są powszechnie eksploatowane w różnych częściach globu. Najwięksi światowi producenci miedzi to Chile (28%), Peru (12%), Chiny (9%) i Stany Zjednoczone (7%). Dane na temat rezerw miedzi były gromadzone od lat. Jak się okazuje, zapasy te są znaczne.
Dobrze opracowana technologia wydobywania
Większość miedzi jest wydobywana przez duże międzynarodowe zakłady, ściśle przestrzegające norm bezpieczeństwa i ochrony środowiska. Zakłady te łączą funkcjonowanie rozwiniętej kopalni odkrywkowej z technologiami górnictwa podziemnego.
Stabilność ekonomiczna
Miedź charakteryzuje się zrównoważonym popytem i podażą na rynku. Roczne zapotrzebowanie na miedź pierwotną (nie z recyklingu) w UE wynosi około 4,2 miliona ton. 37% tego zapotrzebowania pokrywa import, 18% – produkcja miedzi w Europie (głównie w Polsce i Szwecji), a około 45% pochodzi z recyklingu. W efekcie UE ma funkcjonalny dostęp do importu surowców wtórnych i przoduje w gospodarce obiegowej tego metalu.
Zrównoważenie
Miedź można poddać recyklingowi bez utraty jej właściwości. Recykling wykonuje się w ekonomicznie stabilny sposób, który nadaje miedzi dodatkową wartość. Miedź jest także metalem nośnym dla wielu cennych substancji, takich jak cyna, nikiel, molibden, ołów, kobalt, metale szlachetne, metale ziem rzadkich, kwas siarkowy i żużel.
ZOBACZ TAKŻE:
Rozwój OZE i elektromobilności. Jaką rolę ma do odegrania miedź?
Energia wiatrowa i jej konkurencyjność na hurtowych rynkach energii. Zobacz raport
