Как и в случае с производством компонентов для литиевых аккумуляторов, Китай за последние годы смог сосредоточить в своих руках добычу и переработку многих редкоземельных минералов. Теперь власти КНР используют данный рычаг для влияния на мировую полупроводниковую промышленность, и к 2026 году это может стать проблемой.

Источник изображения: Unsplash, Calvin Chai

К такому выводу приходят опрошенные EE Times аналитики Boston Consulting Group. Чтобы избежать этого, расположенные за пределами Китая производители чипов и оборудования для их выпуска должны диверсифицировать каналы поставок редкоземельных минералов, а также в отдельных случаях находить более доступные альтернативы материалам китайского происхождения. Власти Китая в качестве ответных мер на санкции США в этом году усилили экспортный контроль за поставками самария, гадолиния, тербия, диспрозия, лютеция, скандия, иттрия, церия, лантана, неодима и празеодима. Экспортёрам этих материалов из Китая нужно получать специальные лицензии, в которых указывается конечный получатель минералов и сфера их применения. Даже если зарубежный клиент китайских экспортёров косвенно связан с американской оборонной промышленностью, в предоставлении лицензии будет отказано.

При этом многие из перечисленных материалов активно используются при производстве электроники и оборудования для изготовления чипов. Сейчас многие участники рынка создали повышенные складские запасы редкоземельных материалов, но это уже вызвало рост цен и соответствующих затрат, а в случае с перебоями поставок по причине санкций Китая может нарушить работу многих западных компаний полупроводниковой отрасли.

Даже если западные компании располагают доступом к месторождениям редкоземельных минералов, мощностями по их очистке и переработке в основном обеспечены китайские компании, которые к тому же подобную продукцию нередко предлагают по более привлекательным ценам, лишая западных конкурентов мотивации к выходу на этот рынок. По некоторым позициям китайские компании обладают почти монополией на поставку, поэтому развитие альтернативных каналов потребует усилий от нескольких компаний из разных стран и определённого времени. Австралия, Япония и Вьетнам намерены стать конкурентами Китая в этой сфере, но на расширение своего присутствия на мировом рынке редкоземельных минералов им придётся потратить годы. Рассчитывать на благосклонность Китая тоже сложно, поскольку отпустить такой рычаг влияния на геополитических оппонентов власти страны вряд ли захотят по доброй воле. Вторичная переработка отслужившей продукции с целью добычи сырья также становится для западных компаний реальным способом защититься от китайских санкций.

Изучение свойств альтернативных материалов также позволит западным странам снизить свою зависимость от китайских поставок. В Японии, например, выпускаются магнитные модули без неодима, ведутся исследования по использованию оксида галлия или нитрида бора в качестве альтернатив чистому галлию, поставки которого за пределы Китая ограничиваются. Платить за подобную диверсификацию сырьевой базы, разумеется, придётся потребителям, поскольку расходы производителей будут перенесены на себестоимость продукции. Впрочем, если ничего не предпринимать в этой сфере, полупроводниковая отрасль при сохранении китайских экспортных ограничений может столкнуться с кризисом уже в следующем году.

Китай производит больше всех в мире продукции с использованием лития. При этом он всё время зависел от импорта этого сырья, поскольку до последнего времени считалось, что в Поднебесной имеется лишь около 6 % мировых запасов лития. Недавнее обнаружение новых месторождений позволяют утверждать, что у Китая не менее 16,5 % мировых запасов этого металла, что выводит страну на второе место в мире по разведанным объёмам лития.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.1/3DNews

По данным Геологической службы Китая, о чем сообщают местные источники, на долю страны в настоящее время приходится 16,5 % мировых запасов лития, уступая только Чили, и Китай в этом теперь опередил Австралию, Аргентину и Боливию. Это произошло, в том числе, после обнаружения больших залежей лития в Тибете и в ряде других мест. Тем самым разведанные запасы этого металла выросли в Китае почти в три раза, делая его (в перспективе) менее зависимым от импорта этого сырья.

«Долгое время страна сильно зависела от иностранных ресурсов лития при больших объёмах импорта. Это привело к росту производственных затрат и ограничило развитие смежных отраслей», — сообщило агентство «Синьхуа».

Следует отметить, что разработка и переработка лития, как и других редкоземельных элементов, сильно вредит экологии. Однако потребность в этом химическом элементе сегодня настолько высока, что даже развитые страны, такие, как США или Канада, готовы идти на всё, лишь бы получить свободный или облегчённый доступ к нему.

В конце года власти Канады опубликовали ежегодный обзор о стратегии страны в области добычи полезных ископаемых. Документ освещает прогресс и дальнейшие планы Канады по расширению горнодобывающей отрасли и, прежде всего, в сфере добычи редкоземельных элементов и элементов для выпуска чипов. Но эксперты отмечают, что всё губит бюрократия, ведь на открытие каждого нового рудника уходит 10–15 лет. Так дела не делаются.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.1/3DNews

Критически важными для скорейшей добычи в стране власти называют такие элементы, которые находятся под непосредственной угрозой в современных цепочках поставок. Также такие минералы или элементы должны быть важны для экономики и национальной безопасности Канады, как и вести к нулевым выбросам парниковых газов. В итоге добыча этих стратегических элементов должна превратить страну в устойчивого стратегического партнёра в мировой цепочке поставок. Итоговый документ редакции 2024 года определяет 34 таких элемента, среди которых приоритетными для властей названы литий, графит, никель, кобальт, медь и редкоземельные элементы.

Задуматься о собственной добыче редкоземельных элементов и других стратегически важных ископаемых Канаду заставили сложившиеся обстоятельства, когда Китай заявил о политике ужесточения контроля над поставками таких элементов западным партнёрам. Это заставило ту же Австралию искать способы восполнения ресурсов, которые из-за ограничений могут оказаться в дефиците. Демарш Китая поставил под угрозу глобальное производство полупроводников и аккумуляторов, чему приходится искать альтернативу.

Эксперты отмечают, что со сложившейся в Канаде практикой затягивать выдачу разрешений на открытие каждого нового рудника до 10–15 лет у страны нет шансов конкурировать в области добычи сырья с США, Австралией и Китаем. Более того, даже если через 10 лет будет разрешена разработка рудников, например, для добычи лития, для новых поколений аккумуляторов этот элемент может не потребоваться, и окажется, что всё затевалось напрасно. Остаётся надеяться, что эксперты не ошибаются и могут более-менее точно прогнозировать потребность в тех или иных элементах на многие годы вперёд. В таком случае Канада со временем имеет шанс стать крупной державой, добывающей стратегическое сырьё у себя дома и мало полагающаяся на его импорт.

Из-за ужесточения экспортных ограничений Китая на поставки галлия и германия, в Австралии занялись изучением способов извлечения этих двух минералов из отходов продукции горнодобывающей отрасли. Из отходов переработки глинозема (или оксида алюминия) можно получить галлий, а очистка отходов руды от добычи цинка позволяет получить германий, пишет ресурс Tom's Hardware.

Источник изображения: Dominik Vanyi/unsplash.com

Для решения этой проблемы в Австралии привлекли Организацию научных и промышленных исследований Содружества (CSIRO).

В начале 90-х годов в Австралии производили галлий, но из-за отсутствия спроса производство прекратилось. Однако спустя 30 лет рынок изменился и сейчас в мире наблюдается высокий спрос на микросхемы, для производства которых используются редкоземельные элементы.

В настоящее время в стране функционирует пять глиноземных заводов, ещё один приостановил работу в начале этого года. Австралия является третьим по величине экспортером цинка в мире, что говорит о больших объёмах отходов от его производства и дает стране возможность инвестировать в технологии, которые позволят ей извлекать из них редкоземельные металлы. Ожидается, что развитие этого направление позволит повысить рентабельность горнодобывающей отрасли Австралии помимо того, что обеспечит США и их союзников альтернативой поставкам редкоземельных металлов из Китая.

По информации The New York Times, власти Китая предпринимают все усилия для того, чтобы увеличить концентрацию контролируемых ресурсов по добыче и экспорту редкоземельных минералов, необходимых для производства передовых электронных компонентов. Данная отрасль может стать для КНР тем рычагом влияния на недружественные страны, который позволит отвечать на санкции в адрес Поднебесной.

Источник изображения: Unsplash, Dominik Vanyi

Власти Китая, по словам источников, последовательно предпринимают всё больше шагов, направленных на усложнение покупки редкоземельных минералов зарубежными компаниями. В частности, до конца этого года на территории КНР должны перейти под контроль правительственных структур две последние базы по добыче диспрозия — химического элемента, который может применяться при выпуске магнитов и высокопроизводительных чипов, устойчивых к воздействию высоких температур. За пределами Китая добывать и очищать диспрозий до нужного уровня и в достаточных для нужд промышленности масштабах почти никто не может.

Во многом это обусловлено усилиями китайских компаний по получению контроля за месторождениями сырья по всей планете. Кроме того, китайские учёные очень продвинулись в совершенствовании техпроцессов очистки сырья, позволяющих получать искомые минералы высокой степени очистки с более низкими материальными затратами. В Китае до конца этого года перейдут под контроль местной компании две последние площадки по добыче диспрозия, хотя сейчас ими владеют канадские инвесторы. Тем самым будет достигнута монополия Китая на поставку этого минерала, поскольку уже сейчас он контролирует более 99 % мирового рынка. Впрочем, канадские собственники бизнеса утверждают, что сделка с китайскими конкурентами сохранит за ними право поставлять диспрозий за пределы КНР на протяжении пяти последующих лет.

С первого октября китайские регуляторы усложнили процедуру экспортного контроля в отношении редкоземельных минералов. Эти шаги направлены на точное отслеживание всей цепочки поставок и предотвращение доступа к китайскому сырью отдельных недружественных стран. С середины сентября власти Китая также ограничили экспорт сурьмы, а галлий и германий находятся под особым контролем с прошлого года. Законодательство изменяется таким образом, что многие сведения, связанные с добычей и переработкой редкоземельных минералов, подпадают под категорию государственной тайны. В прошлом месяце двое фигурантов профильного уголовного дела были приговорены в Китае к 11 годам лишения свободы.

Альтернативными каналами поставки того же диспрозия могли бы стать Малайзия, Австралия, Франция или даже США, но себестоимость продукции соответствующих западных компаний окажется существенно выше, а объёмы поставок заметно ниже, чем у китайских конкурентов. Более того, за пределами Китая не так много доступных для западных инвесторов месторождений этого минерала. Китайская промышленность имеет преимущество не только в цене, но и в масштабах поставок, и власти страны готовы использовать этот аргумент во внешнеполитической борьбе.

Согласно статистике, из электронных отходов в Европе извлекается менее 1 % содержащихся в них редкоземельных элементов. Это делает регион крайне зависимым от поставок стратегического сырья из Китая, которое могло бы с выгодой извлекаться из электронного мусора на месте. Учёные из Швейцарии сделали шаг в этом направлении, создав технологию быстрого и недорого извлечения редкоземельных элементов из техники, вышедшей из употребления.

Источник изображения: ETH Zurich

Коллектив химиков из Высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich) поставил перед собой цель выгодно извлекать редкоземельные элементы именно из мусора, хотя технически эти же реакции можно использовать для получения ценного сырья из руды. Редкоземельные элементы химически связаны с другими веществами как в изделиях, так и в руде, но переработка электронных отходов стоит на ступеньку выше в экологических приоритетах и поэтому важнее других инициатив.

Отправной точкой для исследования стало изучение тетратиометаллатов — неорганических молекул, содержащих четыре атома серы вокруг вольфрама или молибдена. Эти молекулы связывают металлы в природных ферментах и даже используются для противораковой терапии и при нарушениях обмена меди в организмах людей. Аналогичным образом тетратиометаллаты можно было бы приспособить для связывания редкоземельных элементов в составных растворах.

Свою работу с тетратиометаллатами учёные начали с извлечения европия из слоя люминофора ламп дневного света. Последние годы Швейцария избавляется от ламп дневного света, включая энергосберегающие, отправляя их на свалки за пределами страны. Вместе с лампами уходит потенциально ценное сырьё, которое также пропадает на свалках. В процессе экспериментов учёные разработали технологию выгодного извлечения европия из люминофора ламп.

Более того, предложенное решение помогло извлекать из лома в 50 раз больше европия, чем в случае предыдущих альтернативных техпроцессов. На волне успеха группа учёных создала стартап REEcover для коммерциализации технологии извлечения редкоземельных элементов из отходов электроники и обещает таким же образом извлекать из мусора другие редкие химические вещества, в которых Европа так нуждается.

Министерство энергетики США выделяет $32 млн на проведение проектно-конструкторских работ по разработке установок для извлечения редкоземельных и редких элементов из каменного угля и его отходов. США импортирует свыше 80 % необходимых для экономики редкоземельных и редких элементов, тогда как запасы угля в стране колоссальные. Для властей было бы желательно сохранить угледобывающую отрасль и с толком использовать этот ископаемый ресурс.

Источник изображения: Pixabay

Уголь и отходы угольного производства содержат широкий спектр ценных редкоземельных элементов, которые могут быть преобразованы в компоненты для производства продуктов на основе чистых энергетических технологий. В настоящее время в США насчитывается более 250 млрд т запасов угля, более 4 млрд т отходов угольного производства и около 2 млрд т угольной золы на различных площадках по всей стране. Из этого богатства (или мусора, как принято считать сегодня) необходимо научиться извлекать свыше 50 % (по массе) редкоземельных элементов и редких минералов и материалов.

Причём целевая задача состоит в том, чтобы научиться извлекать редкоземельные элементы в чистом виде или в качестве двойных соединений (солей), тогда как извлечение редких минералов является вторичной и не обязательной целью. Чистота полученного концентрата должна составлять не менее 75 весовых процентов, хотя в идеале нужно добиться 98 весовых процентов или выше, с последующей переработкой в чистые или двойные соединения редкоземельных элементов с концентрацией 90 % по массе.

Министерство намерено финансировать два уровня установок: промежуточную и демонстрационную. Промежуточная установка должна вырабатывать от 30 до 100 т смешанных редкоземельных оксидов/солей в год, а демонстрационная — от 1 до 3 т аналогичной продукции в сутки. Проекты будут финансироваться лишь в том случае, если заявители обоснуют экономическую целесообразность использования представленных установок и гарантируют достойные условия труда для рабочих, инклюзивность и экологическую безопасность.