المعادن الحيوية: التعريف والاستخدامات والأسواق وتحديات العرض

لقد سلّط النقاش حول إزالة الكربون الضوء على مجموعة من المواد الخام التي كانت في السابق غائبة عن الأنظار تقريبًا. واليوم، بدون تدفق مستقر لهذه الموارد، يستحيل نشر الطاقة المتجددة، أو رقمنة الاقتصاد، أو كهربة النقل، لذا من المهم فهم ما يكمن وراء سلسلة قيمتها. باختصار، نحن نتحدث عن معادن يتزايد الطلب عليها بشكل هائل، بينما يزداد عرضها تعقيدًا لأسباب متعددة، من العوامل الجيولوجية إلى التوترات التجارية والسياسية. هذا “عدم التوافق” بين ما يطلبه السوق وما يصل بالفعل إلى الصناعة هذا هو جوهر الموضوع.

ليس الاهتمام تقنيًا بحتًا: فهناك تبعية خارجية، ومخاطر جيوسياسية، وتأثير بيئي لا يمكن تجاهله. وقد اتخذت الحكومات والشركات حول العالم خطوات لضمان الوصول إلى هذه المواد، والقيام بذلك بمسؤولية. السؤال هو كيف يمكننا ضمان إمدادات آمنة ومستدامة وتنافسية. في الوقت الذي تتطلبه حالة الطوارئ المناخية، دون تحميل المجتمعات المحلية والنظم البيئية تكاليف غير عادلة.

ماذا نعني بالمعادن الحرجة؟

وبعبارات بسيطة، فإن العناصر الحرجة هي تلك العناصر الطبيعية التي يكون الطلب عليها مرتفعا وسلاسل التوريد فيها ضعيفة، سواء بسبب ندرتها الجيولوجية، أو تركيزها الجغرافي، أو الاختناقات في المعالجة. إن الأهمية الحرجة ليست ثابتة: بل تتغير وفقًا للاحتياجات الاجتماعية والموارد المتاحةوبالتالي، يمكن للمادة أن تنتقل من كونها استراتيجية إلى كونها حاسمة والعكس صحيح مع تطور التكنولوجيا والسوق.

لا يوجد تعريف متفق عليه عالميًا، وتتداخل المصطلحات: نسمع حديثًا عن المعادن الاستراتيجية، أو معادن الطاقة الانتقالية، أو المواد الخام الأساسية. وتُعدّ كل دولة أو كتلة اقتصادية قائمة أولوياتها الخاصة. على سبيل المثال، نشر الاتحاد الأوروبي قائمة جرد بالمواد الأساسية في عام 2020. والتي تشمل، على سبيل المثال لا الحصر، الكوبالت، والإنديوم، والمغنيسيوم، والتنجستن، والليثيوم، أو السترونشيوم.

ومن بين الأسماء الأكثر تكرارا: الألومنيوم، والكروم، والكوبالت، والنحاس، والجرافيت، والإنديوم، والحديد، والرصاص، والليثيوم، والنيكل، والزنك، والمجموعة المعروفة باسم المعادن الأرضية النادرة. إنها مكونات أساسية للتكنولوجيات ذات إمكانات النمو القوية والتي ليس لها بدائل واضحة. في العديد من استخداماتها، مما يزيد من خطورتها في حالة فشل الإمداد.

ما هي استخداماتهم اليوم؟

وتسمح خصائصها الكيميائية والمغناطيسية والبصرية بتصنيع كل شيء بدءًا من الهواتف المحمولة وأجهزة الكمبيوتر إلى مكبرات الصوت والأجهزة اللوحية، مع دمج التحسينات في الكفاءة والأداء والسرعة والمتانة والاستقرار الحراري. تعتمد الإلكترونيات الاستهلاكية والبنية التحتية الرقمية على هذه المواد في العديد من المكوناتمن الرقائق الدقيقة إلى المغناطيسات الدائمة.

ويزداد دورها أهميةً في تحوّل الطاقة. فهي أساسيةٌ للألواح الكهروضوئية، وتوربينات الرياح، والأهم من ذلك، بطاريات وأنظمة تخزين المركبات الكهربائية. تتطلب كل تقنية مجموعات وكميات مختلفة.وتحتاج الطاقة الشمسية إلى كميات أكبر من الألومنيوم والنحاس؛ وطاقة الرياح والحديد والزنك؛ والطاقة الحرارية الأرضية والنيكل والكروم؛ والبطاريات الكهربائية والجرافيت والنيكل والكوبالت.

وإذا وسعنا نطاق تركيزنا، فإن تقنيات مستقبلية أخرى ستدخل حيز التنفيذ: أجهزة التحليل الكهربائي للهيدروجين، وشبكات نقل البيانات، والطائرات بدون طيار، والروبوتات المتقدمة، والإلكترونيات القوية، أو الأقمار الصناعية. تشير الدراسات الحديثة إلى نمو سنوي مزدوج الرقم حتى عام 2030 وفي العديد من هذه المجالات، هناك اعتماد ملحوظ على مواد مثل الإنديوم والغاليوم (مصابيح LED عالية الكفاءة)، أو السيليكون (أشباه الموصلات)، أو مجموعة البلاتين من المعادن ــ الإيريديوم والبلاديوم والبلاتين والروديوم والروثينيوم ــ (المحفزات وخلايا الوقود).

من أين يتم إستخراجها ومن يقوم بمعالجتها؟

تتوزع رواسب هامة حول العالم. يوجد النحاس في تشيلي وبيرو، والليثيوم في أستراليا وتشيلي، والنيكل في إندونيسيا والفلبين، والكوبالت في جمهورية الكونغو الديمقراطية، وتركيز ملحوظ من العناصر الأرضية النادرة في الصين. ويؤدي هذا التوزيع غير المتكافئ إلى تعقيد أمن الإمدادات ويضاعف التعرض للمخاطر الجيوسياسية..

الاستخراج ليس سوى جزء من القصة. فالمعالجة والتكرير أكثر تركيزًا: فالصين تتصدر معالجة العديد من المواد الأساسية، وتمثل أكثر من 80% من إنتاج المعادن الأرضية النادرة عالميًا. إن هذه السيطرة على الرابط الوسيط تجعل من البلاد مركزًا عصبيًا حقيقيًا للتجارة العالمية ويوضح الاختناقات التي تعاني منها الصناعة عندما تنقطع التدفقات.

ومن الجدير بالذكر أن هذه الأسواق أصغر حجماً وأكثر تركيزاً جغرافياً وأقل تنافسية من أسواق الهيدروكربون. انخفاض السيولة يؤدي إلى تضخيم التقلبات والحساسية للصدمات تنظيمية أو دبلوماسية.

أوروبا وإسبانيا: نقطة البداية

في أوروبا، يُعدّ الإنتاج المحلي من العناصر الأرضية النادرة وغيرها من المواد الأساسية محدودًا، مع بعض الاستثناءات. تُوفّر ألمانيا حوالي 8% من الغاليوم العالمي؛ وتُوفّر فنلندا حوالي 10% من الجرمانيوم؛ وتُوفّر فرنسا حوالي 59% من الهافنيوم؛ وتُوفّر إسبانيا حوالي 31% من السترونشيوم. ورغم هذه الجزر من التخصص، فإن القدرة الأوروبية تظل أقل كثيراً من الطلب في السوق المحلية..

لتقليل الاعتماد على المعادن، يُروّج الاتحاد الأوروبي لخططٍ لتطوير صناعةٍ فعّالة ومستدامة للاستخراج والمعالجة وإعادة التدوير. في إسبانيا، تُتيح التربةُ التحتيةُ فرصًا واعدةً: فقد حُدّدت موارد الليثيوم في كاسيريس، وموارد المعادن النادرة في سيوداد ريال. ومع ذلك، فإن إجراءات الترخيص والمعارضة الاجتماعية للمناجم الجديدة تعوق المشاريع.ومع ذلك، هناك بالفعل مبادرات عامة وخاصة تسعى إلى التوصل إلى توافق للمضي قدما.

الطلب المستقبلي والسيناريوهات

إذا أردنا حقًا نظام طاقة منخفض الانبعاثات، فسنحتاج إلى المزيد من المعادن، لا إلى كميات أقل. تشير التوقعات الأكثر شيوعًا إلى زيادات تتجاوز 40% في النحاس والعناصر الأرضية النادرة، و60-70% في النيكل والكوبالت، ونحو 90% في الليثيوم. وبشكل عام، بحلول عام 2040، قد يزيد الطلب الإجمالي على المعادن الأساسية بمقدار أربعة إلى ستة أضعاف. فوق المستويات الحالية.

وفي الوقت نفسه، حذرت الأونكتاد من أن الطلب على النحاس المرتبط بالطاقة المتجددة قد يتضاعف في العقود المقبلة. بالمعدل الحالي للإنتاج، لن يكون كافيا لتغطية كافة الاحتياجاتإن تعريض هدف الحد من الاحتباس الحراري العالمي إلى 1,5 درجة مئوية للخطر إذا لم يتم تسريع الاستثمار والابتكار وكفاءة المواد.

التقنيات الرئيسية والاعتماد على المواد

البطاريات، وتوربينات الرياح، والألواح الشمسية، وأجهزة التحليل الكهربائي، والشبكات الكهربائية عالية السعة لا تُصنع من الصفر: فهي في داخلها مزيجٌ من مواد متخصصة. يدعم الإنديوم والغاليوم إضاءة LED الموفرة للطاقة؛ ويشكل السيليكون أساس الرقائق الدقيقة؛ وتعمل معادن مجموعة البلاتين كمحفزات وأقطاب كهربائية. هذا الاعتماد المتبادل بين التكنولوجيات والمواد وهو يوضح لماذا يمكن أن تؤدي العيوب الموجودة في المعدن إلى تعريض سلسلة صناعية بأكملها للخطر.

إلى جانب أيقونات الإعلام (الليثيوم والكوبالت)، فإن النطاق واسع. من بين المعادن الأكثر شيوعًا في سياقات المعادن الانتقالية: البوكسيت، والكادميوم، والكروم، والقصدير، والغاليوم، والجرمانيوم، والجرافيت، والإنديوم، والمنغنيز، والموليبدينوم، والنيكل، والسيلينيوم، والسيليكون، والتيلوريوم، والتيتانيوم، والزنك، والعناصر الأرضية النادرة، بالإضافة إلى النحاس والرصاص. إن تنوع المواد يجعل عملية الاستبدال معقدة ويجبرنا على التفكير في حلول لتطبيقات محددة..

كيف يتم تحديد الأهمية الحرجة؟

لتقييم مدى أهمية مادة خام ما، تُؤخذ ثلاثة متغيرات رئيسية في الاعتبار. أولًا، مستوى الاحتياطيات ومعدل تجديدها. ثانيًا، إمكانية استبدالها بمواد أخرى ذات أداء مماثل. ثالثًا، أهميتها في القطاعات الاستراتيجية وخطر انقطاعها على طول سلسلة التوريد. عندما تتزامن الندرة ونقص البدائل والاعتماد القطاعي الكبير، ترتفع المخاطر بشكل كبير.

ويلخص صناع السياسات الصناعية في أوروبا الأمر بوضوح: فبدون إمدادات آمنة ومستدامة من المواد الخام الحيوية، لن يكون هناك إعادة تصنيع خضراء أو رقمنة تنافسية. وهذا هو المنطق وراء القوانين والتحالفات والأموال الجديدة. التي تسعى إلى حماية الوصول إلى هذه الموارد.

أين تجد بيانات موثوقة

المعلومات الجيدة ضرورية لاتخاذ قرارات مدروسة. تُقدم بوابة البيانات المفتوحة الأوروبية عشرات الآلاف من النتائج عند البحث عن المواد الخام الحيوية، ومن خلال تحسين عوامل التصفية، يُمكن تحديد المجموعات ذات الصلة. ويُعدّ تقييم مركز الأبحاث المشترك (JRC) لعام ٢٠٢٠ للمواد الخام الحيوية جديرًا بالملاحظة بشكل خاص. من خلال نظام RMIS (نظام معلومات المواد الخام)، يمكنك الوصول إلى التحليلات المدرجة مسبقًا للمواد الاستراتيجية والحرجة وغير الحرجة.، إلى جانب استخدامها في التقنيات التمكينية.

مصدر أساسي آخر هو البنية التحتية للبيانات الجيولوجية الأوروبية (يشار إليها غالبًا باسم EDGI)، مع الكتالوجات والخدمات الجيولوجية التي تشمل خرائط لأماكن تواجد الليثيوم أو الكوبالت أو الجرافيت وتأتي العديد من هذه المجموعات من البيانات من مشروع FRAME، الذي تشارك فيه العديد من المنظمات الأوروبية مثل IGME الإسبانية، ويسمح بتنزيل البيانات بتنسيقات مثل GeoJSON. هذه موارد قيمة لفهم مكان وجود الموارد والسياق الجيولوجي الذي تظهر فيه.

وعلى المستوى الدولي، تقدم وكالة الطاقة الدولية مجموعة بيانات الطلب على المعادن الحرجة، وهي قاعدة بيانات قابلة للتنزيل تسهل السيناريوهات وتوازنات العرض والطلب المرتبطة بالتحول في مجال الطاقة. تدعم هذه المصادر المجمعة تشخيصات أكثر قوة وقابلية للمقارنة للشركات والإدارات.

التأثير البيئي والتعدين مع معايير المناخ

للاستخراج والمعالجة بصمةٌ سلبية: فالتعدين المفتوح يُنتج نفايات صخرية، وقد يُلوث طبقات المياه الجوفية بالمعادن الثقيلة، ويُخلّ بالنظم البيئية الهشة. علاوةً على ذلك، تستهلك عملية التكرير كمياتٍ كبيرةً من الطاقة والمياه. عندما يتركز الإنتاج في البلدان ذات اللوائح البيئية الأقل صرامة، وتميل التأثيرات إلى التفاقم.

وفي هذا السياق، تبرز فكرة التعدين “الذكي مناخياً”: وهي تقنيات وممارسات تعمل على تقليل البصمة البيئية وتجعل الحاجة إلى المعادن متوافقة مع حماية البيئة. إنها ليست مجرد علامة تسويقية، بل تتضمن إعادة تصميم العمليات، وقياس التأثيرات، والمطالبة بالتتبع. في جميع أنحاء السلسلة.

إعادة التدوير، والاقتصاد الحلزوني، والاستبدال

تُسهم التكنولوجيا مساهمة فعّالة. إذ يجري توسيع نطاق عمليات المعالجة المعدنية الهيدروميتالورجية، والمعالجة المعدنية الحرارية، والاستخلاص الحيوي لزيادة معدلات الاسترداد ونقاء المواد، كما يسعى التصميم البيئي إلى تسهيل عملية التفكيك وإمكانية التتبع. ويكتسب الاستبدال الانتقائي للمواد أهمية أيضًا، مثل التحول إلى كيمياء بطاريات LFP (فوسفات الحديد الليثيوم) التي تتجنب النيكل والكوبالت، أو تطوير بطاريات أيون الصوديوم لتطبيقات محددة.

إن حجم التحدي هائل: إذ تشير تقديرات بنك التنمية للبلدان الأمريكية إلى أن الأمر يتطلب نحو 3.000 مليارات طن من المعادن لاستكمال التحول إلى اقتصاد منخفض الكربون. بدون تحسينات جذرية في إعادة التدوير وكفاءة المواد والاستبدال، سيكون الضغط على الاستخراج الأولي مرتفعًا جدًا.

التطبيقات والسوق في التحول في مجال الطاقة

تُعدّ الطاقة الكهروضوئية، وطاقة الرياح، وشبكات الكهرباء، وتخزين الطاقة من أكبر مستهلكيها، ولكنها ليست الوحيدة. إذ يستخدم قطاع الرعاية الصحية البلاتين في المحفزات والمعدات، ويُستخدم الجرافيت في الأقطاب الكهربائية والمواد المقاومة للحرارة، وتُمكّن العناصر الأرضية النادرة من استخدام المغناطيسات عالية الأداء في المحركات والمولدات. يوضح نطاق التطبيقات سبب نمو الطلب في وقت واحد في قطاعات متعددة.

في غضون ذلك، يتفاعل السوق مع الحوافز. وقد سلّط ارتفاع أسعار الليثيوم في السنوات الأخيرة الضوء على حساسية النظام وحفّز الاستثمارات، بالإضافة إلى التوترات الجيوسياسية. وتتضمن الاستجابة التنظيمية اتفاقيات دولية لتثبيت سلاسل التوريد وتوحيد المعايير البيئية والاجتماعية.

الإدارة والتنظيم المسؤولان

يتطلب الحد من المخاطر سلاسل توريد مرنة، وقواعد واضحة، وشفافية. ويجب أن تجذب الأطر التنظيمية الاستثمارات، وتوزع المنافع بالتساوي، وتضع معايير بيئية وحقوقية قابلة للتحقق. أنظمة الشهادات والعناية الواجبة هي مكونات أساسية للحصول على الشرعية الاجتماعية والوصول إلى الأسواق.

وعلى الجانب التكنولوجي، تهدف الصناعة إلى تقليل محتوى الكوبالت في بعض التطبيقات من حوالي 30% إلى أرقام قريبة من 10%، والترويج لبطاريات LFP، والخيارات الناضجة القائمة على الصوديوم. كلما كانت البدائل التقنية المتاحة أكثر موثوقية، كلما كان التعرض لمادة واحدة أقل..

ومن جانبها، تعمل الحكومات على تشكيل تحالفات مثل الاتفاقية بشأن المعادن الحيوية بين الاتحاد الأوروبي والولايات المتحدة، التي تسعى إلى تسهيل التجارة وتأمين المواد اللازمة للتكنولوجيات النظيفة. لقد أصبحت الدبلوماسية الاقتصادية عاملاً مهماً بقدر أهمية الجيولوجيا..

أمريكا اللاتينية على خريطة التحول

تتداخل جغرافية العديد من هذه الموارد مع أراضٍ ذات ثراء بيولوجي وثقافي هائل، كما هو الحال في الأمازون أو مسطحات الملح الأنديزية. يتركز جزء كبير من الاستخراج في الجنوب العالميومن ثم فإن الحوكمة والمشاركة المحلية تصنعان الفارق بين الفرصة والصراع.

وتشمل الإنتاجات البارزة في المنطقة، من بين أمور أخرى، ما يلي: الأرجنتين (الليثيوم)، بوليفيا (الليثيوم)، تشيلي (النحاس والموليبدينوم، بالإضافة إلى الليثيوم)، البرازيل (الألومنيوم، البوكسيت، الليثيوم، المنغنيز، المعادن النادرة، التيتانيوم)، كولومبيا (النيكل)، المكسيك (النحاس، القصدير، الموليبدينوم، الزنك) وبيرو (القصدير، الموليبدينوم، الزنك).وقد أدى جدول الأعمال الدولي إلى تصعيد النقاش، مع التوصيات التي قدمتها لجنة الأمم المتحدة للإدارة العادلة والمستدامة، والجلسات الاستماع الأخيرة أمام لجنة البلدان الأمريكية لحقوق الإنسان بشأن التأثيرات البيئية والاجتماعية.

المعادن النادرة: ما هي في الحقيقة

يشمل مصطلح “العناصر الأرضية النادرة” ستة عشر عنصرًا: اللانثانيدات (من اللانثانوم إلى اللوتيتيوم) بالإضافة إلى الإيتريوم، نظرًا لتشابه تركيبها الكيميائي. وتشمل هذه العناصر: السكانديوم، والإيتريوم، واللانثانوم، والسيريوم، والبراسيوديميوم، والنيوديميوم، والساماريوم، واليوروبيوم، والغادولينيوم، والتيربيوم، والديسبروسيوم، والهولميوم، والإربيوم، والثوليوم، والإيتربيوم، واللوتيتيوم. مصطلح “نادر” لا يعني أنها بالكاد موجودة في قشرة الأرضالتحدي هو أنها لا تتركز عادة في رواسب قابلة للاستغلال بسهولة، كما أن فصلها معقد.

وتكمن أهميتها في دورها في المغناطيسات الدائمة والفوسفورات للشاشات والمحفزات واستخداماتها المتعددة في الإلكترونيات والطاقة. تتطلب سلسلة القيمة معالجة وتكريرًا متخصصين للغايةويؤدي هذا إلى زيادة حاجز الدخول والاعتماد على عدد قليل من الجهات الفاعلة.

المصطلحات الانتقالية وقوائم المواد

وبالإضافة إلى تلك التي سبق ذكرها، تشتمل تقنيات الطاقة المتجددة في كثير من الأحيان على البوكسيت والكادميوم والكروم والقصدير والغاليوم والجرمانيوم والجرافيت والإنديوم والمنجنيز والموليبدينوم والنيكل والسيلينيوم والسيليكون والتيلوريوم والتيتانيوم والزنك، إلى جانب النحاس والليثيوم والكوبالت والعناصر الأرضية النادرة. للاستخدامات التقريبية:

• تقنيات الطاقة الشمسية: البوكسيت، الكادميوم، القصدير، الجرمانيوم، الغاليوم، الإنديوم، السيلينيوم، السيليكون، التيلوريوم، الزنك.
• التركيبات الكهربائية: نحاس.
• طاقة الرياح: البوكسيت، النحاس، الكروم، المنغنيز، الموليبدينوم، المعادن النادرة، الزنك.
• تخزين الطاقة: البوكسيت، الكوبالت، النحاس، الجرافيت، الليثيوم، المنغنيز، الموليبدينوم، النيكل، المعادن النادرة، التيتانيوم.
• بطارية: الكوبالت، الجرافيت، الليثيوم، المنغنيز، النيكل، العناصر الأرضية النادرة.

في مجال الرعاية الصحية والتكنولوجيا العالية، يتميز البلاتين بمقاومته للتآكل ودرجات الحرارة المرتفعة، ويتم استخدامه في المحفزات والمعدات الطبية. بالإضافة إلى دوره في أقطاب البطاريات، يتم استخدام الجرافيت في الأقطاب الكهربائية ومواد التشحيم والمواد المقاومة للحرارة.ويتطلب هذا التنوع القطاعي رصد سلاسل القيمة المتعددة بالتوازي.

الأسواق والسياسة الصناعية والبيانات لاتخاذ القرار

إن الجمع بين الندرة الجيولوجية النسبية، والإنتاج المُركّز، والمعالجة المُعقّدة، والطلب المُتزايد يُشكّل نقطة ضعف. ولذلك، أصبح الاستثمار والابتكار من أولويات السياسات الاقتصادية في الاتحاد الأوروبي، والولايات المتحدة، وأستراليا، ودول أخرى. بدون التخطيط والبيانات المفتوحة عالية الجودة، يتم اتخاذ القرارات في وقت متأخر جدًا أو بناءً على الحدس..

يساعد النظام البيئي للبيانات الأوروبية – مع نظام RMIS التابع لمركز البحوث المشترك والبنية التحتية الجيولوجية EDGI – جنبًا إلى جنب مع موارد وكالة الطاقة الدولية، في توحيد التشخيصات ومقارنة السيناريوهات وتحديد أولويات الاختناقات. يؤدي وجود سلسلة متجانسة وقابلة للتتبع إلى تقليل عدم اليقين للمنظمين والمستثمرين.

تتطلع إسبانيا، بفضل إمكاناتها التعدينية وريادتها في مجال الطاقة المتجددة، إلى لعب دور رئيسي في سلسلة توريد أوروبية أكثر استقلالية واستدامة. وسيكون المفتاح هنا هو التوفيق بين الفرص الصناعية والضمانات الاجتماعية والبيئية.– تطبيق معايير صارمة وآليات مشاركة في الأراضي.

لا يقتصر تحول الطاقة على الكيلوواط الأخضر فحسب، بل يتطلب أيضًا تحولًا في المواد الخام. مع تنويع سلاسل التوريد، وتحسين إعادة التدوير، والبدائل الذكية، والتعاون الدولي، من الممكن تقليل المخاطر وتسريع عملية إزالة الكربون دون ترك أي شخص خلف الركب..