Apu

Älypuhelimiin tarvitaan yhä enemmän harvinaisia maametalleja, joita ei osata kierrättää – Löytyykö ratkaisu ennen kuin ne loppuvat?

Älypuhelimiin tarvitaan yhä enemmän harvinaisia maametalleja, joita ei osata kierrättää – Löytyykö ratkaisu ennen kuin ne loppuvat?
Arkielämä edellyttää aina vain lisää laitteita, joihin tarvitaan harvinaisia metalleja. Joistakin on pulaa jo nyt, ja monien ennustetaan loppuvan lähiaikoina. Edes niiden kierrättäminen ei onnistu.
Julkaistu: 9.12.2021

Harva älypuhelimen käyttäjä tietää, että hänen laitteensa valmistamiseen tarvitaan lukuisia harvinaisia maametalleja. Niitä käytetään elektronisten laitteiden akuissa, näytöissä ja mikrosiruissa, mutta myös sähköautoissa ja tuulivoimaloissa.

Maankuoren tunnetut metallivarannot eivät riitä täyttämään räjähdysmäisesti kasvavaa kysyntää. Monesta materiaalista on pula viimeistään 2050-luvulla, osasta jo nyt, esimerkiksi puolimetallista nimeltä telluuri (kuvassa).

Teollisuuden kannalta tilanne alkaa olla kriittinen, sillä kaikki metallit eivät ole korvattavissa toisella metallilla eivätkä millään muullakaan materiaalilla.

– Tuotantomäärät pitäisi monen metallin kohdalla moninkertaistaa, mutta siihen eivät varannot eikä toisaalta tuotantokapasiteetti riitä, Aalto-yliopiston metallurgian professori Ari Jokilaakso sanoo.

Yksi kriittisimmistä maametalleista on dysprosium (kuvassa). Sitä käytetään älypuhelinten näytöissä.

– Moni harvinaiseksi sanottu metalli ei sinänsä ole harvinainen, koska metalleja on maankuoressa paljon. Harvinaisuus tulee siitä, että on hyvin vähän sellaisia esiintymiä, jollaisista noita metalleja voisi kaivaa. Vaikka jostakin löytyisi uusi esiintymä, kestää keskimäärin kymmenen vuotta, ennen kuin kaivos tuottaa jotakin, Jokilaakso sanoo.

Louhittavaksi riittäviä harvinaisten maametallien esiintymiä on vain muutamassa maassa, eniten Kiinassa. Paheneva pula nostaa jo nyt hintoja.

– Voisin kuvitella, että jännitteet maiden välillä kasvavat, kun esimerkiksi Kiina tarvitsee kaiken tuottamansa omaan elektroniikka- ja tuulivoimatuotantoonsa. Muut maat ovat täysin riippuvaisia Kiinasta. Esimerkiksi EU:n tarvitsemista harvinaisista maametalleista 98 prosenttia tulee sieltä.

Tuulivoimakin tarvitsee harvinaisia maametalleja

Maailmaa ajetaan kohti vähähiilisyyttä, mutta samaan aikaan jokainen tuulivoimala ja sähköauto kuluttaa maaperän resursseja suhteessa enemmän kuin fossiilisten polttoaineiden tekniikka. Jokilaakso pitää tärkeimpänä keinona ongelman ratkaisemisessa energian kulutuksen kasvun pysäyttämistä.

– Tällä hetkellä noidankehän muodostaa halu päästä eroon hiilidioksidipäästöistä. Tavoitteeseen pääsemiseksi tarvitaan uusiutuvia energianlähteitä kuten tuulivoimaa. Tuulivoima puolestaan tarvitsee toimiakseen harvinaisia maametalleja ja runsaasti muita metalleja. Yhteen kolmen megawatin merituulivoimalaan tarvitaan 40 kiloa dysprosiumia, Jokilaakso sanoo.

Ongelmaa pahentaa entisestään se, että harvinaisia maametalleja käytetään esimerkiksi älypuhelimissa niin vähän, ettei materiaalien kierrättäminen ole taloudellisesti kannattavaa.

– Metalleja pitäisi tulla kiertoon valtavasti nykyistä enemmän, jotta kierrättäminen kannattaisi ja jotta se ei aiheuttaisi liikaa kustannuksia. Nyt harvinaiset maametallit menevät hukkaan.

Sähkö- ja elektroniikkaromu on nopeimmin kasvava jätelaji maailmassa. Tällä hetkellä maailmassa syntyy 57 miljoonaa tonnia sähköromua vuodessa. Siitä saadaan globaalisti talteen vain noin 20 prosenttia.

Harvinaiset maametallit

  • Nimitys on osittain harhaanjohtava, sillä todellisuudessa harvinaisia maametalleja on maankuoressa runsaasti, mutta esiintymien pitoisuus on pieni ja hyödynnettävät esiintymät ovat suhteellisen harvinaisia. Keskimääräinen harvinaisten maametallien pitoisuus maankuoressa on yhteensä noin 180 miljoonasosaa.
  • Metallien pitoisuuksissa on suuria eroja. Esimerkiksi neodyymia on maankuoressa 27 miljoonasosaa ja dysprosiumia 3,9 miljoonasosaa. Esimerkiksi kuparin luku on 68 miljoonasosaa ja lyijyn 10 miljoonasosaa.
  • Metalliryhmän nimi tulee historiasta. Yksittäisten harvinaisten maametallien erottaminen oli vaikeaa, ja vasta 1900-luvulla kaikki harvinaiset maametallit saatiin erotettua toisistaan. Kyseisiä metalleja (alkuaineita) on kaikkiaan 17. Ne ovat kiiltäviä, pehmeitä ja taipuisia, ja niillä on runsaasti erityisominaisuuksia kuten magneettisuus, valon heijastavuus ja kestävyys.
  • Tiesitkö, että iPhone 12 on ensimmäinen Applen valmistama tuote, jossa käytetään kierrätettyä volframia. Valtaosa laitteessa käytetyistä harvinaiseksi luokitelluista maametalleista on kierrätettyjä.

Harvinaisten maametallien käyttökelpoiset esiintymät ovat keskittyneet pitkälti Kiinaan

Tantaali (Ta)

  • Käyttö: Kondensaattorit, puolijohteet ja sähkötekniikassa käytettävät vastukset.
  • Tarve: Älypuhelimen valmistukseen käytetään noin 40 grammaa tantaalia. Sitä ei voi korvata muilla metalleilla.
  • Arvioitu varanto maailmassa: Maailmassa on arvioitu olevan 265 000 tonnin tunnetut tantaalivarannot. Tantaalin esiintyvyys maankuoressa on noin 0,0002 prosenttia.
  • Riittävyys: Tantaalin tuotanto on vaihdellut 800 ja 1400 tonnin välillä, joten sen riittävyys on hyvä.
  • Mistä louhitaan: Australia ja Brasilia ovat maailman suurimmat tantaalin tuottajat.
  • Markkinahinta: Puhtaan tantaalimetallin hinta on pitkään ollut 130 euroa kilolta, mutta vuoden 2021 aikana hinta on noussut toimitusvaikeuksien takia yli 250 euroon kilolta.
  • Kierrätysaste: Alle 1 %.

Gadolinium (Gd)

  • Käyttö: Älypuhelinten näyttöjen värintoisto, sähköautot, tuulivoimalat. Elektroniikassa käytettävät komponentit, tallennuslevyt.
  • Tarve: Tarkkaa määrää on vaikea arvioida salaisten patenttien vuoksi.
  • Arvioitu varanto maailmassa: Gadolinium-varantoja arvioidaan olevan noin 100 000 tonnia. Sitä on maankuoressa noin 6,2 milligrammaa yhtä kiloa kohden.
  • Riittävyys: Vuosituotanto on noin 550 tonnia, joten varannot riittävät hyvin pitkälle tulavaisuuteen.
  • Mistä louhitaan: Pääasiassa Kiinasta, mutta gadoliniumia tuottavat myös muun muassa Yhdysvallat, Brasilia ja Intia.
  • Markkinahinta: Gadoliniumoksidin kilohinta on noin 44,9 euroa.
  • Kierrätysaste: Alle 1 %.

Lantaani (La)

  • Käyttö: Älypuhelinten näytöt. Lantaania käytetään näytön värintoistoon.
  • Tarve: Tarkkaa määrää älypuhelimessa on vaikea arvioida salaisten patenttien vuoksi.
  • Arvioitu varanto maailmassa: Arvioiden mukaan lantaania on maaperässä noin kuusi miljoonaa tonnia, mutta tunnettujen varantojen määrää on vaikea löytää. Lantaani on ehkä vähiten harvinainen.
  • Riittävyys: Lantaanin riittävyys ei ole ongelma.
  • Mistä louhitaan: Lantaania louhitaan muun muassa Kiinassa, Yhdysvalloissa, Venäjällä ja Intiassa.
  • Markkinahinta: Lantaanioksidin kilohinta on noin 1,4 euroa.
  • Kierrätysaste: Alle 1%.

Antimoni (Sb)

  • Käyttö: Antimonia käytetään eniten palonestoaineena elektroniikassa (antimonioksidina). Sitä hyödynnetään myös paristoissa ja akuissa yhdessä lyijyn kanssa.
  • Tarve: Tarkkaa määrää on vaikea arvioida salaisten patenttien vuoksi.
  • Arvioitu varanto maailmassa: Noin 1,8 miljoonaa tonnia tunnettuja varantoja.
  • Riittävyys: Antimonia tuotetaan noin 150 000 tonnia vuosittain, joten sen riittävyys on hyvä.
  • Mistä louhitaan: 80 prosenttia maailman antimonista tuotetaan Kiinassa, Venäjällä ja Boliviassa.
  • Markkinahinta: Yhden antimoniharkon kilohinta on noin 10,7 euroa.
  • Kierrätysaste: 1–10 %.

Koboltti (Co)

  • Käyttö: Muun muassa ladattavat paristot, älypuhelinten akut sekä virtapiirit.
  • Tarve: Yhdessä älypuhelimessa kobolttia on arvioiden mukaan 5-10 grammaa.
  • Arvioitu varanto maailmassa: Noin seitsemän miljoonaa tonnia. Kobolttia on maankuoressa noin 25 milligrammaa yhdessä kilossa.
  • Riittävyys: Koboltin tuotanto jää jälkeen kysynnästä viimeistään 2030-luvulla ja varannot loppuvat 2040-luvulla, jos kysyntä jatkaa ennustettua kasvua. Koska koboltti on akkumetalleista kallein, sen riittävyys on ongelma ja sen kaivostuotantoon Kongossa liittyy eettisiä ongelmia, sitä pyritään korvaamaan muilla metalleilla tai muilla akkutyypeillä. Tämän vuoksi koboltin riittävyyden arviointi on vaikeaa.
  • Mistä louhitaan: Suurin osa koboltista louhitaan Kongon demokraattisessa tasavallassa. Kobolttimetallin tuotanto on suurinta Kiinassa ja toiseksi suurinta Suomessa (Kokkolassa).
  • Markkinahinta: Jalostetun koboltin kilohinta on noin 54 euroa.
  • Kierrätysaste: Yli 50 %.

Tallium (Tl)

  • Käyttö: Muun muassa kameroiden linssit, kuituoptiikka, elektroniset laitteet, valokennot.
  • Tarve: Tarkkaa määrää on vaikea arvioida salaisten patenttien vuoksi.
  • Arvioitu varanto maailmassa: Talliumia on maankuoressa arviolta 0,7 milligrammaa kilossa ja se on sivumetallina sinkin, kuparin ja lyijyn mineraaleissa.
  • Riittävyys: Tunnetuissa sinkkivarannoissa on arvioitu olevan 17 000 tonnia talliumia ja vuosituotannon on arvioitu olevan alle kahdeksan tonnia, joten sen riittävyys ei ole ongelma.
  • Mistä louhitaan: Talliumin suurimmat tuottajat ovat Kiina, Kazakstan ja Venäjä.
  • Markkinahinta: Kilohinta on noin 7 000 euroa.

Neodyymi (Nd)

  • Käyttö: Muun muassa sähköautot, hybridiautot ja tuulivoimalat.
  • Tarve: Esimerkiksi yhden hybridiauton moottoriin voidaan tarvita jopa kilo neodyymiä, mutta tuulivoimalaan jopa 900 kg.
  • Arvioitu varanto: Noin 4 miljoonaa tonnia.
  • Riittävyys: Tuotanto on noin 15 000 tonnia vuodessa. On arvioitu, että maaperävarannot hupenevat 2070-luvulla. Kysyntäennusteen mukaan tuotanto riittäisi 2030-luvun jälkeen ainoastaan sähköautoihin tai tuulivoimaloihin, mutta ei molempiin. Varsinkin hiilineutraaliustavoitteessa tulee neodyymin tuotannosta pullonkaula, jos tuotantoa ei pystytä nopeasti lisäämään.
  • Mistä louhitaan: Yli 80 % Kiinassa.
  • Markkinahinta: Noin 39,5 €/kg.
  • Kierrätysaste: Alle 1%.

Volframi (W)

  • Käyttö: Älypuhelinten värinähälytyksen mahdollistava mekanismi. Muu käyttö on erityisesti teräksen seosaineena.
  • Tarve: Tarkkaa määrää laitteissa on vaikea arvioida muun muassa salaisten patenttien takia.
  • Arvioitu varanto maailmassa: Vuonna 2020 maailman varannoksi arvioitiin 3,4 miljoonaa tonnia.
  • Riittävyys: Vuosittainen tuotanto on n. 80 000 tonnia, joten varannot riittävät noin 40 vuodeksi, jos kysyntä ei kasva voimakkaasti.
  • Mistä louhitaan: Vuonna 2020 Kiina tuotti selvästi eniten maailmassa käytetystä volframista, noin 69 000 tonnia.
  • Markkinahinta: Kilohinta on 38–42 euron välillä.

Indium (In)

  • Käyttö: Älypuhelinten kosketusnäytöt, taulutelevisiot.
  • Tarve: Esimerkiksi LCD-näyttöön 100–300 milligrammaa.
  • Arvioitu varanto: 50 000 tonnia (vuonna 2018).
  • Riittävyys: Indiumin tuotannon arvioidaan ylittävän kysynnän jo 2020-luvulla ja varannot 2040-luvulla, mutta ennusteissa on paljon epävarmuutta, koska indiumia käyttävien teknologioiden kehitystä on vaikea ennustaa.
  • Mistä louhitaan: Kiina tuottaa selvästi eniten maailman indiumista, yli 400 000 kiloa vuodessa.
  • Markkinahinta: Noin 216 euroa / kilo.
  • Kierrätysaste: Alle 1 %.

Litium (Li)

  • Käyttö: Erilaiset akut muun muassa mobiililaitteissa ja tietokoneissa.
  • Tarve: Tyypillisen kannettavan tietokoneen akun valmistamiseen on käytetty hieman alle viisi grammaa litiumia
  • Arvioitu varanto maailmassa: 21 miljoonaa tonnia.
  • Riittävyys: Litiumin tunnetut varannot ovat ehtymässä 2060-luvulla, jos kysynnän kasvuennusteet toteutuvat. Varantoja suurempi ongelma on tuotannon määrä, jonka kysynnän ennustetaan ylittävän jo 2020-luvulla ja lähivuosikymmeninä litiumin tuotannon tulee kasvaa jopa kymmenkertaiseksi.
  • Mistä louhitaan: Kiina tuottaa noin 80 prosenttia maailmassa käytettävästä litiumista.
  • Markkinahinta: Kilohinta on noin 25 euroa.
  • Kierrätysaste: Alle 1 %.

Praseodyymi (Pr)

  • Käyttö: Älypuhelinten mikrofonin ja kaiuttimien magneetit.
  • Tarve: Tarkkaa määrää älypuhelimessa on vaikea arvioida salaisten patenttien vuoksi.
  • Arvioitu varanto maailmassa: Vuonna 2016 varannoksi arvioitiin noin kaksi miljoonaa tonnia. Praseodyymiä on maankuoressa noin yhdeksän grammaa tuhannessa kilossa.
  • Riittävyys: Praseodyymin varannot riittävän hyvin eikä tuotannon lisäystarve ole yhtä suuri kuin muilla.
  • Mistä louhitaan: Merkittävin louhija on Kiina.
  • Markkinahinta: Praseodyymioksidin kilohinta on noin 102 euroa.
  • Kierrätysaste: Alle 1%.

Yttrium (Y)

  • Käyttö: Yttriumia käytetään älypuhelinten näytöissä. Sillä saadaan lisättyä näyttöjen värikylläisyyttä.
  • Tarve: Tarkkaa määrää älypuhelimessa on vaikea arvioida salaisten patenttien vuoksi.
  • Arvioitu varanto maailmassa: Yttriumin varantoja on arvioitu olevan 550 000 tonnia, mutta sitä on runsaasti eri mineraaleissa.
  • Riittävyys: Vuosittainen kaivostuotanto on 10 000 –14 000 tonnia, joten tunnetut varannot riittävät yli 40 vuodeksi, mutta kaivostuotantoa pitää lisätä kysynnän mukaan.
  • Mistä louhitaan: Yttriumia louhitaan pääasiassa Kiinassa ja Malesiassa.
  • Markkinahinta: Yttriumoksidin kilohinta on noin 7,2 euroa.
  • Kierrätysaste: Alle 1 %.

Telluuri (Te)

  • Käyttö: Muun muassa aurinkopaneelit.
  • Tarve: Hieman yli metrin pituisessa aurinkopaneelissa telluuria on arvioitu käytettävän noin kahdeksan grammaa 0,6 metrin osuudella tai tehoon suhteutettuna 100 t/GW.
  • Arvioitu varanto maailmassa: Telluuri on äärimmäisen harvinainen alkuaine. Sitä on maankuoressa 0,001 miljoonasosaa, mutta tunnettuja varantoja ei tiedetä. Sitä saadaan muun muassa kuparin valmistuksen sivutuotteena.
  • Riittävyys: Telluurin riittävyys on erittäin huono ja jo tällä hetkellä sitä sisältävien aurinkokennojen tuotantoa rajoittaa telluurin saatavuus. Ennustetun kysynnän kattamiseksi tuotannon pitäisi kasvaa moninkertaiseksi, mutta se on mahdotonta.
  • Mistä louhitaan: Merkittävä osa louhitaan ja tuotetaan Kiinassa.
  • Markkinahinta: Telluurin kilohinta on noin 65 euroa.

Terbium (Tb)

  • Käyttö: Terbiumia käytetään älypuhelinten piirilevyissä virran johtamiseen.
  • Tarve: Tarkkaa määrää älypuhelimessa on vaikea arvioida salaisten patenttien vuoksi.
  • Arvioitu varanto maailmassa: Noin 300 000 tonnia.
  • Riittävyys: Vuosituotanto on n. 10000 tonnia, joten riittävyys on 30 vuotta.
  • Mistä louhitaan: Terbiumia louhitaan ja valmistetaan pääasiassa eteläisessä Kiinassa.
  • Markkinahinta: Terbiumoksidin kilohinta on noin 1 300 euroa.
  • Kierrätysaste: Alle 1 %.

Dysprosium (Dy)

  • Käyttö: Älypuhelinten näyttöjen värintoisto, sähköautot, tuulivoimalat, sähköpyörät.
  • Tarve: Dysprosiumia käytetään kestomagneeteissa, joita tarvitaan esimerkiksi sähköpyörien moottoreissa. Niissä dysprosiumia saattaa olla noin neljä prosenttia. Sähköautossa metallin määrä on noin 100 g ja tuulivoimalassa (5 MW) keskimäärin 50 kg.
  • Arvioitu varanto maailmassa: Dysprosiumin varannot ovat noin 55 000 tonnia.
  • Riittävyys: Dysprosiumin kysynnän arvioidaan ylittävän tuotannon jo 2020-luvun aikana ja varannot 2030-luvulla.
  • Mistä louhitaan: Valtaosa dysprosiumista louhitaan ja valmistetaan Kiinassa.
  • Markkinahinta: Dysprosiumin kilohinta on noin 490 euroa.
  • Kierrätysaste: Alle 1 %.

Arseeni (As)

  • Käyttö: Arseeni on kriittinen materiaali sähkötekniikan puolijohteille (GaAs-yhdisteenä). Sitä ei voi korvata muilla alkuaineilla.
  • Tarve: Tarkkaa määrää on vaikea arvioida salaisten patenttien vuoksi.
  • Arvioitu varanto maailmassa: Noin 900 000 tonnia.
  • Riittävyys: Vuosituotanto on vähitellen laskenut ja on nyt noin 30 000 tonnia.
  • Mistä louhitaan: Kiina on suurin arseenin tuottaja. Vuonna 2019 Kiina vastasi 90 prosentista Yhdysvaltojen arseenin tarpeesta.
  • Markkinahinta: Noin 1,5 euroa / kilo.
  • Kierrätysaste: Alle 1 %.

Gallium (Ga)

  • Käyttö: Virtapiirit, puolijohteet ja LED-valot.
  • Tarve: Tarkkaa määrää on vaikea arvioida salaisten patenttien vuoksi.
  • Arvioitu varanto maailmassa: Galliumia esiintyy pieniä määriä muissa metalleissa kuten bauksiitissa. Varannoksi on arvioitu noin miljoona tonnia. Maankuoressa sen osuus on noin 0,0019 prosenttia.
  • Riittävyys: Galliumin varantojen riittävyys on hyvä ja jos tuotantoa pystytään kasvattamaan kysynnän kasvun tahdissa (suurimman ennusteen mukaan kolminkertaiseksi 2060 mennessä), ei saatavuusongelmia ole tulossa.
  • Mistä louhitaan: Kiina tuottaa yli 90 prosenttia maailman puhtaasta galliumista.
  • Markkinahinta: Galliumin kilohinta on vaihdellut 270 euron ja 330 euron välillä.
  • Kierrätysaste: Alle 1 %.

2 kommenttia