„Zlato“ pro 21. století

Jak by vypadal režim, ve kterém by diktátor zakázal takzvané vzácné zeminy? Například by se tam hůře dýchalo, nedostávalo kvalitních magnetů či by se musela změnit technologie výroby počítačových čipů... A to ani netušíme, k čemu všemu by se vzácné zeminy daly použít v budoucnu.

Jakub Kučera 28.6.2015
Trh se vzácnými zeminami není vůbec křišťálově čistý... | na serveru Lidovky.cz | aktuální zprávy Trh se vzácnými zeminami není vůbec křišťálově čistý... | foto: Richard Cortés, Česká pozice
Trh se vzácnými zeminami není vůbec křišťálově čistý... | na serveru Lidovky.cz | aktuální zprávy

Nejprve krátké zavzpomínání: „Čína drží svět v hrsti. Jediná těží vzácné kovy a jejich vývoz přiškrcuje“ (prosinec 2010, LN). „Čína omezí vývoz vzácných kovů, svět se snaží hledat náhradní zdroje“ (prosinec 2010, Referendum). „Obří monopol – Čína těží 95 procent kovů vzácných zemin“ (leden 2011, Týden). Byly doby, kdy vzácné zeminy, respektive jejich kovy, plnily stránky českého tisku. V poslední době se ale po nich obrazně řečeno slehla zem.

Písmenková polévka

Mezi vzácné zeminy se počítá patnáct lanthanoidů, skandium a yttrium, které se nacházejí ve společných ložiscích a mají podobné chemické vlastnosti (měkké kovy s magnetickými vlastnostmi). Tyto prvky, obdařené roztodivnými názvy, ale vlastně příliš vzácné nejsou. V zemské kůře se vyskytují hojně, jenže málokdy v koncentracích, aby se vyplatila jejich těžba. A když už je koncentrace dostačující, ukazuje se, že některé z nich jsou ještě vzácnější.

V zemské kůře se vyskytují hojně, jenže málokdy v koncentracích, aby se vyplatila jejich těžba

Takzvaně těžké vzácné zeminy – celkem jich je dvanáct – netvoří ani dvacetinu zásob v současných nalezištích. V největším dole na vzácné zeminy na světě, v čínském Bayan Obo, představují jen 2,3 procenta zásob. Jinou vlastností vzácných zemin je, že informací o nich je jak šafránu a nezřídka si protiřečí (například i počet těžkých vzácných zemin je proměnlivý – podle někoho jich je dvanáct, podle jiného jen deset, nebo dokonce osm).

O jejich využití si lze udělat obrázek, pokud bychom si představili totalitní režim, ve kterém by diktátor zakázal vzácné zeminy. Co by se stalo?

Jednak by se tam hůře dýchalo, protože bez ceru a lanthanu by nešly vyrobit výkonné katalyzátory a prachové filtry v autech. Nedostávalo by se kvalitních magnetů, které se vyrábějí z neodymu, praseodymu a dalších vzácných zemin. To by například podstatně omezilo výkonnost větrných elektráren a ztížilo vývoj a výrobu elektromobilů. Dále by se taková země musela obejít bez speciálních ocelí, do kterých se přimíchávají zejména cer a lanthan, a slitin pro výrobu baterií (neodym a lanthal). Také by se musela změnit technologie pro výrobu počítačových čipů, protože cer se používá na jejich lakování. Rovněž by utrpěla produkce speciálních skel, například těch s ochranou proti UV-záření, stejně jako výrobci úsporných světel, zářivek, plazmových obrazovek, některých supravodičů a radarů (europium, yttrium, gadolinium a další). A to ani netušíme, k čemu všemu by se vzácné zeminy daly použít v budoucnu...

Vzácné zeminy

názevchem. zn.atom. č.kategoriekomerční využití
SkandiumSc21těžkáosvětlení stadionů
YttriumY39těžkálasery, červené zbarvení na obrazovkách
LanthanLa57lehkábaterie do elektromobilů, hybridní motory
CerCe58lehkáleštění čoček, katalyzátory v automobilech, zpracování ropy
PraseodymPr59lehkámagnety, reflektory, součástky do letadel
NeodymNd60lehkásilné magnety, větrné turbíny, hybridní automobily, pevné disky v noteboocích, sluchátka, zpracování ropy, katalyzátory
PromethiumPm61těžkápřenosné rentgeny
SamariumSm62lehkásklo, magnety
EuropiumEu63lehkákompaktní zářivky, červené zbarvení na digitálních obrazovkách
GadoliniumGd64lehkáneutronová radiografie, magnety
TerbiumTb65těžkásilné permanentní magnety
DysprosiumDy66těžkásilné permanentní magnety
HolmiumHo67těžkátónování skel, lasery
ErbiumEr68těžkákovové slitiny
ThuliumTm69těžkálasery, zdravotnické rentgeny
Ytterbium 70těžkáslitiny korozivzdorné oceli
Lutecium 71těžkákatalyzátor při zpracování ropy

Pramen: Contrasting perspectives on China’s rare earths policies: Reframing the debate through a stakeholder lens, Energy Policy 63 (2013)

Doly hlídá drak

Co stálo za onou panikou před čtyřmi lety? Již bylo řečeno, že vzácné zeminy zas až tak úplně vzácné nejsou a i dolů se zásobami v dostatečné koncentraci se najde na naší planetě více. Problém je, že těžba je ekologicky náročná. To – spolu s vysokými domácími mzdami a cenovým propadem – vedlo k ukončení americké produkce, která ještě v roce 1990 představovala třetinu celosvětové těžby.

Říše středu získala na poli vzácných zemin enormní postavení a začaly se dít věci. Peking totiž začal postupně snižovat exportní kvóty.

Na počátku tisíciletí jsme se tak ocitli v situaci, kdy se téměř veškeré vzácné zeminy těžily pouze v Číně: například v roce 2010 to podle americké vládní agentury U.S. Geological Survey (USGS) z celkových 133 tisíc tun oxidů vzácných zemin bylo 98 procent, zbytek připadal na Indii (něco málo se získávalo také ze starých hald v USA). Těžké vzácné zeminy pak produkovala výhradně Čína, na kterou má současně připadat až 80 procent jejich zásob a plně kontroluje i jejich celý dodavatelský řetěz.

Říše středu získala na poli vzácných zemin enormní postavení a začaly se dít věci. Peking totiž začal postupně snižovat exportní kvóty. Zatímco v roce 2004 bylo možné vyvézt přes 65 tisíc tun, v roce 2009 to bylo již jen 50 tisíc. O rok později přišel propad o celých 40 procent, takže exportní kvóta dosahovala jen 30 tisíc tun – o celých 19 tisíc tun méně, než na kolik se tehdy odhadovala poptávka mimo Čínu. Současně začala klesat vlastní čínská produkce.

Peking svůj postup odůvodnil snahou omezit „nadměrnou produkci“ a s ní spojené environmentální škody. Současně zahájil boj s nelegální těžbou, která životní prostředí poškozuje nejvíce. Do té doby bylo nelegální těžaře možné pokutovat jen za přímé poničení lesa nebo jiné květeny, což ovšem mělo za následek směšnou pokutu ve výši 1,6 dolaru za metr čtvereční.

Zvýšený tlak, například pomocí placených informátorů, vedl k tomu, že do dubna roku 2012 bylo zavřeno 23 nelegálních dolů a 57 nádrží na zpracování vzácných zemin

Zvýšený tlak, například pomocí placených informátorů, vedl k tomu, že do dubna roku 2012 bylo zavřeno 23 nelegálních dolů a 57 nádrží na zpracování vzácných zemin. Podle Haralda Elsnera z německého Spolkového úřadu geologie a surovin BGR to ovšem příliš nepomohlo a až polovina těžkých vzácných zemin se stále těží ilegálně. Rozsah nelegální čínské těžby je vůbec záhadou – odhady kolísají od dvaceti až po závratných sto padesát tisíc tun (ty se zdají stěží možné).

Do tohoto obrázku ale nezapadávají snižující se exportní kvóty, které ceny zvyšují a v konečném důsledku nelegální těžbu a pašování podporují. Pro omezení se tak hledala jiná vysvětlení. V roce 2010 eskaloval čínsko-japonský spor o kontrolu nad ostrovy Senkaku, když japonská námořní hlídka zajala kapitána čínského rybářského plavidla. Omezení vývozu vzácných zemin, které japonský průmysl podstatně zasáhlo, by se proto dalo interpretovat i jako jistá odveta.

Některé zdroje ovšem upozorňují, že právě v Japonsku končí značná část čínské ilegální produkce, takže obavy tamního průmyslu mohly spíše pramenit z čínské snahy omezit ilegální těžbu. Další motivací pro zavedení kvót mohla být snaha vybudovat v Číně konkurenceschopný průmysl v sofistikovaných a technologicky náročných odvětvích. Zdražení vzácných zemin pro zahraniční konkurenci by této snaze pomohlo – ceny na čínském domácím trhu byly po zavedení kvót přibližně poloviční. Ať tak či onak, Japonsko, USA a EU podaly v březnu 2012 na čínský postup stížnost u Světové obchodní organizace.

Cenová houpačka

Kvůli čínským restrikcím zažily ceny vzácných zemin neuvěřitelnou explozi. Pokud v červenci 2010 stačilo 383 dolarů na koupi jednoho kilogramu dysprosia, o rok později stejná suma stačila jen na 125 gramů. Cenový nárůst zaznamenaly i hojnější lehké kovy jako cer, jehož cena za stejné období stoupla sedmnáctinásobně (viz následující graf). Pak ale nastal zlom a ceny všech vzácných zemin se začaly propadat, takže dnes jsou jen o málo vyšší než před cenovým boomem.

Vývoj cen pro směs vzácných zemin z australského dolu Mt. Weld společnosti LYNAS (v USD za kg oxidů vzácných zemin)

Vývoj cen pro směs vzácných zemin z australského dolu Mt. Weld společnosti LYNAS (v USD za kg oxidů vzácných zemin).

Pramen: Asian Metals (převzato z Lynas Corporation, Rare Earths – we touch them everyday, Capital Raising and Business Update, 5 May 2014)

Trh se vzácnými zeminami není vůbec křišťálově čistý. Pohybuje se na něm poměrně omezené množství subjektů, které řadu informací tají, a publikovaná čísla mohou, ale nemusejí zahrnovat ilegální obchod, který je u některých kovů značný. Přesto lze s určitou jistotou říci, co za cenovým propadem stálo.

Na druhou stranu se lze setkat s názorem, že Čína za cenovým poklesem stojí, i když ji to navenek poškozuje

Nabídková strana to byla jen stěží, protože zejména kvůli snížení čínské produkce poklesla celosvětové těžba oproti roku 2010 o přibližně 30 tisíc tun a exportní kvóty zůstaly na stejné výši. Na druhou stranu se lze setkat s názorem, že Čína za cenovým poklesem stojí, i když ji to navenek poškozuje. Aby omezila konkurenční těžební projekty, může se snažit držet ceny při zemi. Omezení produkce a vývozu by ale šlo přímo proti tomuto záměru, logické by bylo trh zaplavit levnější surovinou.

Lze sice namítat, že na takto neprůhledném trhu je ledacos možné a Peking může mít na ilegální těžbu větší vliv, než si myslíme, ale přece jen nemá smysl příliš propadat sinofobním konspiračním teoriím.

Těžba a zásoby vzácných zemin v roce 2013 (v tunách oxidů vzácných zemin)

 těžba zásoby
 tunpodíltunpodíl
USA40003,6 %13 000 0009,3 %
Austrálie20001,8 %2 100 0001,5 %
Brazílie1400,1 %22 000 00015,7 %
Čína100 00089,5 %55 000 00039,3 %
Indie29002,6 %3 100 0002,2 %
Malajsie1000,1 %30 0000,0 %
Rusko24002,1 %v rámci „ostatní“
Vietnam2200,2 %
ostatnínení známo0,0 %41 000 00029,3 %
CELKEM111 760 140 000 000 

Pramen: U.S. Geological Survey

Za propadem cen stojí spíše slabá poptávka. Jednak se vleče celosvětové hospodářské oživení a výroba elektromobilů zůstává za očekáváními. Dalším faktorem je snaha odběratelů nahradit vzácné zeminy levnějšími náhražkami nebo jimi šetřit. Společnost Asian Metals popisovala situaci na trhu v polovině roku 2013 následovně: čínští spotřebitelé vyčkávali a „nakupovali jen z ruky do huby“. Obdobně i evropští a japonští odběratelé vykazovali „slimáčí nákupní aktivitu“, nenakupovali větší objemy a využívali především zásoby nahromaděné v předchozích letech. A když už obchodníci ze země vycházejícího slunce nakupovali, tak patrně z nelegálních zdrojů, jak naznačovali odborníci.

Nízké ceny přetrvávají dodnes. Kupodivu spíše menší dopad je v tomto ohledu přisuzován výhře koalice EU, USA a Japonska nad Čínou ve sporu o exportní kvóty. Světová obchodní organizace rozhodla během minulého roku v neprospěch Číny, a ta v lednu oznámila jejich zrušení. Podle Alana Beattieho z Financial Times nemusí Peking tato porážka ani příliš bolet – čínské firmy totiž prokázaly, že umějí dobře obcházet nařízení nejen vlád zahraničních, ale i té vlastní. Například menším zpracováním rudy a její deklarací jako jiný produkt měly vývozní omezení hravě obejít. Ostatně v roce 2014 čínské podniky ani nevyužily celou vývozní kvótu. Peking však v celé záležitosti docílil jistého úspěchu, protože podle Eugena Gholze z University of Texas se někteří japonští výrobci kvůli lepším cenám do Číny přemístili.

Spotřebitelé se brání

Větší vliv než zrušení kvót má pomalu rostoucí poptávka. Jednak jsme viděli, že odběratelé mohou mít stále poměrně velké zásoby z předešlých let. Dále se na pozadí vysokých cen rozjela řada projektů s cílem snížit potřebu vzácných zemin obecně. Tomuto úsilí pomáhají i některé státní instituce, například americké ministerstvo energetiky nebo japonské ministerstvo mezinárodního obchodu a průmyslu. Nabízejí se tři možnosti: vzácné zeminy recyklovat, nahradit je ve výrobě zcela nebo alespoň méně vzácnými zeminami.

Japonská Honda například otevřela první zařízení na masovou recyklaci vzácných zemin z opotřebovaných aut

Japonská Honda například otevřela první zařízení na masovou recyklaci vzácných zemin z opotřebovaných aut. Společně s Japan Metals & Chemicals pak vyvinula novou technologii na získávání kovů vzácných zemin z baterií použitých v hybridních automobilech. Uvidíme, jaký nakonec recyklace bude mít efekt. Na rozdíl například od platiny jsou totiž vzácné zeminy značně „zakomponované“ do dalších látek, takže jejich oddělení je velmi náročné.

Jiným problémem je, že například v jedné Toyotě primus je okolo jednoho kilogramu neodymu, ale na výrobu jedné větrné turbíny je zapotřebí přes 700 kilogramů. Recyklace větrných turbín samozřejmě připadá v úvahu, ale teprve až doslouží, což ještě nějakou dobu potrvá. O recyklaci z menších přístrojů, například mobilních telefonů, se uvažuje, ale procesy budou ještě náročnější než u automobilů a turbín.

Největší problémy se ukazují u těžkých zemin jako je neodym, terbium nebo dysprosium, které jsou důležité pro výrobu permanentních magnetů

Na opačném břehu Tichého oceánu vědci z americké Northeastern University představily silně magnetický materiál, který se zcela obejde bez vzácných zemin. LumiSands, firma napojená na University of Washington, přišla zase na způsob, jak v diodách typu LED naradit některé vzácné zeminy levným a hojným křemíkem. Postup ale ještě čeká na rozsáhlejší komerční využití. Největší problémy se ukazují u těžkých zemin jako je neodym, terbium nebo dysprosium, které jsou důležité pro výrobu permanentních magnetů, tedy magnetů, které si své magnetické schopnosti zachovají i při vysokých teplotách.

Karen Smithová Stegenová z Jacobs University v Brémách se ve svém příspěvku pro Energy Policy na tento segment zaměřila, přičemž v blízké době zatím nevidí řešení. Náhražky pro výrobu silných stálých magnetů jsou často dražší než samotné těžké vzácné zeminy, případně existují jiné překážky. U větrných turbín s výkonem nad 10 MW by se například místo silných magnetů vyplatilo použít supravodivé generátory. Takto velké turbíny se ale plošného nasazení dočkají až s rozšířením produkce elektřiny na šelfových mořích. Mimo to supravodiče potřebují yttrium, jinou těžkou vzácnou zeminu…

Méně vzácná budoucnost?

V neposlední řadě začíná čínské těžbě růst konkurence, o čemž svědčí i její klesající podíl na trhu (ačkoli má stále 89,5 procenta). Asijský gigant disponuje podle USGS jen asi 40 procenty celosvětových rezerv (někdy se uvádí jen čtvrtina), které agentura odhaduje na 110 milionů tun, takže masivní těžba mimo říši středu je možná.

A těžit se postupně začíná i v nových dolech. Nejdále je australská společnost Lynas, která od roku 2011 provozuje důl v západní Austrálii.

V roce 2012 společnost Molycor vedle zpracování již dříve vytěžených hald znovuotevřela kalifornský důl Mountain Pass, kde loni vytěžila čtyři tisíce tun vzácných zemin a během minulého roku těžba měla dále narůstat směrem k celkové kapacitě 15 tisíc tun ročně. Podobně se zvažuje, že by se znovuotevřel jihoafrický důl Steenkampskraal. Tento důl byl uveden do provozu na konci padesátých let minulého století a tehdy produkoval zejména thorium. Avšak ukázalo se, že ruda obsahuje i vzácné zeminy, včetně těch těžkých. Už před dvaceti lety se zvažovalo, že by se účel dolu změnil. Tehdejší ekonomická situace tomu nepřála a projekt byl odložen. Nyní probíhají pilotní zkoušky těžby vzácných zemin.

A těžit se postupně začíná i v nových dolech. Nejdále je australská společnost Lynas, která od roku 2011 provozuje důl v západní Austrálii. Jeho celková kapacita by brzy měla dosáhnout jedenácti tisíc tun ročně a v plánu je její zdvojnásobení. Výhodou australského projektu je zahrnutí vlastní linky na zpracování vzácných zemin. Ruda, s obsahem okolo 16 procent vzácných zemin, což ji činí jednu z nejvydatnějších na světě, se v Austrálii zpracovává na koncentrát s obsahem vzácných zemin okolo 40 procent. Ten se pak v Malajsii přepracovává na oxidy a uhličitany jednotlivých vzácných zemin a v této formě si surovinu odebírají koncový zákazníci. Škoda jen, že obsah těžkých vzácných zemin je v australském dole velmi malý. V oněch jedenácti tisících tun bude jejich podíl patrně na hranici tří procent.

Dohromady by australský a americký projekt mohly na trh dodávat v dohledné době až 37 tisíc tun, tedy třetinu současné produkce

Dohromady by australský a americký projekt mohly na trh dodávat v dohledné době až 37 tisíc tun, tedy třetinu současné produkce. A další projekty mohou přijít. V polovině roku 2011 napočítali američtí odborníci 381 projektů v celkem 35 zemích. I když jen asi pět z nich mimo Čínu bude podle Haralda Elsnera uvedeno do provozu do roku 2020. Konzultantská společnost Adamas Intelligence, která v minulém roce vydala obsáhlou publikaci o vzácných zeminách, je ještě skeptičtější, když počítá jen s již zmíněnou americkou a australskou těžbou.

Doplňme, že u nás se vzácné zeminy jen tak těžit nebudou. Na českém území není evidováno jejich samostatné ložisko, registrovány byly jen jako doprovodná surovina v některých uranových ložiscích na severu Čech. Ve středoevropském regionu se těžba zvažovala v saském Storkwitzu, severně od Lipska. Firma Ceritech ale licenci přibližně před rokem vrátila, protože tamní těžba by se za současných podmínek nevyplatila.

Co se změní...

Nikdo neočekává, že by vzácných zemin byl nedostatek a opakoval se rychlý nárůst cen. Problém ale může nastat u jednotlivých kovů. Adams Intelligence uvádí, že u některých zemin, třeba ceru, nastane v roce 2020 přebytek, jehož celková výše by měla dosáhnout 29 328 tun. Avšak současně bude některých kovů nedostatek, celkem 19 662 tun (při posouzení celého trhu nastane přebytek o 9439 tun). Již zmiňovaná společnost LYNAS očekává na konci této dekády nedostatek u lanthanu, praseodymu a neodymu.

Rovnováha na trhu se vzácnými zeminami podle Adamas Intelligence (v tunách oxidů). Pramen: Adamas Intelligence (převzato z Technology Metals Research)

Rovnováha na trhu se vzácnými zeminami podle Adamas Intelligence (v tunách oxidů). Pramen: Adamas Intelligence (převzato z Technology Metals Research)

V dlouhodobém výhledu může situace také zůstat napjatá u těžkých zemin, například ytria a terbia. Z oněch 381 projektů jich jejich vyšší podíl, více než 15 procent odhadovaných zásob, vykazuje jen sedmnáct. Podle Elsnera se navíc vyplatí těžit jen tam, kde celkové zásoby překračují 300 tisíc tun. To ovšem ponechává ve hře patrně jen šest nových potenciálních nalezišť. Stále ale není jisté, zda tyto projekty budou ziskové, takže například otevření dolu v australském Dubbu se postupně odsunulo z původního roku 2010 na 2017 a ani na toto datum nelze spoléhat. Podobně je na tom grónský projekt TANBREEZ (někdy zvaný Kringlerne) s až dvoutřetinovým obsahem těžkých zemin – příslušná povolení už byla vydána, teď jen najít finance na zpracovávací linku, přístav a i důl samotný…

Na straně poptávky se také očekávají změny. Obecně se počítá s růstem poptávky, ačkoli vždy v závěsu za zvýšenou produkcí. Odhady se opět značně liší. Uveďme si jen závěry z publikace Adamas Intelligence. Ta očekává pozvolný nárůst spotřeby, v průměru o 3,9 procenta ročně v letech 2014–2020. To by znamenalo oproti dnešku dvojnásobné zrychlení růstu a spotřebu v roce 2020 na úrovni 150 tisíc tun oproti dnešním 120 tisícům. Podle Adamas Intelligence by se ruku v ruce s rostoucí poptávkou měly pozvolně zvýšit i ceny. Velkou roli zde ale hraje výše budoucí těžby. Například navýšení americké těžby o dalších 15 tisíc tun by ceny v roce 2020 srazilo o desetinu.

Nárůst spotřeby vzácných zemin (průměrný roční nárůst, v tunách oxidů)

Nárůst spotřeby vzácných zemin (průměrný roční nárůst, v tunách oxidů).

Pramen: Adamas Intelligence (převzato z Technology Metals Research)

Cenový strop

Přes značnou rozporuplnost informací o trhu se vzácnými zeminami můžeme z vývoje v posledních letech učinit několik závěrů. Protože je trh značně malý, zejména na straně nabídky existuje jen několik velkých hráčů, může jakékoli omezení těžby katapultovat krátkodobě ceny opět do značných výšin. S dalším poklesem příliš počítat nelze, neboť už nyní se spekuluje o tom, že nové těžební projekty nemusejí být rentabilní.

Protože je trh značně malý, zejména na straně nabídky existuje jen několik velkých hráčů, může jakékoli omezení těžby katapultovat krátkodobě ceny opět do značných výšin

Současně se ovšem ukazuje, že dlouhodobě mají vzácné zeminy jasný cenový strop. Cenový skok relativně rychle omezí poptávku anebo povede k novým těžebním projektům. Ostatně podle již zmiňovaného Haralda Elsnera je na Zemi při současné produkci ekonomicky těžitelných zásob na téměř tři století.

Možných zdrojů je ale ještě daleko více. Například meganaleziště Tomtor v ruském Jakutsku, kde by se na 250 kilometrech čtverečních mohlo ukrývat až 150 milionů tun vzácných zemin. Nebo nedávno Japonsko oznámilo, že nalezlo v okolních mořích zásoby, které by pokryly potřeby tamního průmyslu na dvě stě let. Pokud se podaří vyřešit háček v podobě šestikilometrového sloupce vody, pod kterým se zásoby nalézají, bude možná načase vzácné zeminy přejmenovat.

Počet příspěvků: 1, poslední 28.6.2015 08:07 Zobrazuji posledních 1 příspěvků.