Volg Duurzaamnieuws op Google News | Discover | of als voorkeursbron op Google
Onderzoekers van Uppsala University brengen Zweedse mineraalafzettingen opnieuw in kaart voor de productie van magneten met zeldzame aardmetalen. Dat kan Europa minder afhankelijk maken van China, maar vraagt ook om mijnbouw zonder nieuwe milieuschade.
Binnenwerk van een windturbine. Foto: iStock – rozkmina
Wie in Europa windturbines, elektrische auto’s en andere groene technologie wil opschalen, loopt al snel tegen dezelfde kwetsbaarheid aan: de magneten daarin leunen op zeldzame aardmetalen waarvan China de wereldmarkt domineert. In Zweden, bij onder meer Kiruna, Bergslagen en Norra Kärr (bij Gränna), liggen afzettingen die die afhankelijkheid kunnen verkleinen. Het delven en scheiden van deze metalen vraagt vaak om giftige chemicaliën en kan radioactieve reststromen opleveren. Materiaalkundige Martin Sahlberg van Uppsala University ziet de zoektocht als een grondstoffenvraagstuk, een geopolitiek vraagstuk en een milieuvraagstuk tegelijk.
De bodem wordt straks als een voorraadkast bekeken
Materiaalchemicus Martin Sahlberg wil de afzettingen niet langer beoordelen op één gewild metaal, zoals ijzer, koper of goud. Zijn team brengt alle aanwezige elementen en hun onderlinge verhoudingen in kaart. Zo ontstaat een veel completer beeld van wat er werkelijk in de grond zit.
Zeldzame aardmetalen zijn op zichzelf niet zo zeldzaam. De bottleneck zit in afzettingen waar de concentratie hoog genoeg is om winning economisch haalbaar te maken. Zweden heeft daarvoor, ook internationaal gezien, volgens Sahlberg goede papieren.
Goed om te weten
De groep zeldzame aardmetalen telt zeventien elementen. Ze zitten onder meer in beeldschermen, harde schijven en krachtige permanente magneten.
China houdt de keten stevig in handen
Close-up van een mineraalmonster met glimmerende kristallijne structuren, mogelijk monaziet of ander zeldzame-aardemetaalhoudend mineraal. Beeld: geophysics.earth.northwestern.edu.
China heeft in de praktijk een wereldmonopolie op de productie van zeldzame-aardemagneten. Dat maakt fabrikanten van windturbines, elektromotoren en andere elektrische apparatuur kwetsbaar als de handel stokt.
Die kwetsbaarheid werd de afgelopen tijd zichtbaar toen China de uitvoer van zeldzame aardmetalen tijdelijk stilzette, midden in handelsconflicten met de Verenigde Staten. Sahlberg noemt die afhankelijkheid een geopolitiek probleem. Europa wil meer greep krijgen op grondstoffen die nodig zijn voor de energietransitie.
- Voor krachtige magneten zijn zeldzame aardmetalen nodig.
- De magneten komen terecht in onder meer windturbines en elektrische voertuigen.
- De verwerking van grondstof tot magneet is nu sterk geconcentreerd in China.
Van gesteente naar magneet, met minder tussenstappen
De aanpak van Uppsala University draait om magneten op maat. In plaats van Zweedse mineralen eerst helemaal uiteen te rafelen en daarna na te bouwen volgens bestaande recepten, willen onderzoekers magneten ontwerpen die passen bij de natuurlijke mix uit een afzetting.
Een flink deel van de bewerking kan daardoor vervallen. Minder scheiden en zuiveren betekent minder chemische processen, minder restmateriaal en lagere kosten voor afvalverwerking. Daar zit nu een groot deel van de milieuschade.
De winning van deze metalen is vandaag de dag vaak vervuilend. Stoffen die radioactief zijn, komen geregeld in dezelfde geologische lagen voor, terwijl voor scheiding en zuivering giftige chemicaliën nodig zijn. Zo bevat ook het mineraal monaziet, zoals dit exemplaar uit Djupedal bij Västervik, doorgaans zeldzame aardmetalen naast van nature voorkomende radioactieve elementen.
Een klus voor meerdere disciplines
Het onderzoek is bewust breed opgezet. Theoretisch natuurkundigen, geologen en materiaalkundigen bekijken samen de hele route, vanaf de samenstelling van het gesteente tot het ontwerp en de productie van een magneet.
Die samenwerking moet uitwijzen welke stappen nodig zijn en welke overgeslagen kunnen worden. Sahlberg en zijn collega’s spreken van toepassingsgerichte fundamentele wetenschap: onderzoek naar de basis, met een directe link naar technologie die in de industrie terecht kan komen.
Water en relatief goedkope energie kunnen daarbij helpen. Beide zijn nodig in processen waarbij mineralen worden verwerkt. Dat zegt nog niets over de vergunningen, installaties en investeringen die voor grootschalige winning nodig zijn.
Europa krijgt er geen snelle nieuwe leverancier bij
Voor Nederland is een Europese productieketen interessant omdat veel groene technologie afhankelijk is van onderdelen en materialen van buiten de EU. Een stabielere aanvoer van magnetische materialen kan relevant zijn voor bedrijven die werken aan windenergie, elektrische mobiliteit en andere elektrische systemen.
Eerst moet de inventarisatie van de afzettingen af. Daarna volgt het ontwikkelen van magneten die aantoonbaar goed presteren met de elementen die lokaal beschikbaar zijn, en een productieproces dat de beloofde lagere milieudruk waarmaakt.
Het onderzoek zal volgens Uppsala University nog jaren doorgaan. Pas daarna wordt duidelijk welke mineraalmengsels zich lenen voor magneten die op industriële schaal kunnen worden geproduceerd.
