Elektromobilizáció és ritkaföldfémek – politika és környezetvédelem kereszttüzében

A ritkaföldfémekről nem sűrűn esik szó és nem is véletlenül. Ha nem a Toyota fejlesztőmérnökei vagy a Marvel univerzumból ismert Magneto vagyunk, akkor már a nevük alapján sem keltenek túl nagy vonzalmat annak ellenére, hogy mágnesekről van szó. A ritkaföldfémekért, azon belül is a neodímiumért és a diszpróziumért nehéz lelkesedni, holott kifejezetten fontos szerep jut majd nekik a jövőben; így, ha lelkesedést nem is, de figyelmet mindenképp érdemelnek.

Egyszerű halandóként – nem szuperhősként – nézzük meg, hogy mit érdemes ezekről az elemekről tudni. Az elektromotorok gyártásához elengedhetetlen a ritkaföldfémek csoportjába tartozó már említett két elem, a neodímium és a diszprózium. A neodímium az eddig felfedezett legerősebb permanens mágnes, emellett a diszpróziumot is erős mágneses tulajdonsága miatt alkalmazzák.

Miért jobb ezeket az elemeket mágnesként alkalmazni, mint a hagyományos mágneseket? Egyrészt erősebbek, másrészt kisebb a tömegük és a térfogatuk. Alkalmazásuk nem csak az elektromotorokra korlátozódik, a neodímium ugyanis megtalálható elektronikai eszközökben, mobiltelefonokban, mikrofonokban és fülhallgatókban is.

Eddig minden szép és jó, azonban, ahogy Virág elvtárs mondaná, a ritkaföldfémek élete sem egy habostorta. Nevükkel ellentétben nem ritkák, a földkéregben nagy mennyiségben megtalálhatóak. Koncentrált formában azonban jellemzően nem fordulnak elő, csak ásványi anyagokban lelhetőek fel, azaz az ipari felhasználás számára gazdaságos kitermelésük kihívást, azaz jelentős többletköltséget jelent. Az alábbi ábra alapján jól láthatóan Kínában összpontosul a ritkaföldfémek kitermelése. 2019-ben Kína a globális ritkaföldfém termelés 62%-át adta. Kínát az Egyesült Államok követi 12%-kal.

Az adatokat látva felmerül a kérdés, hogy a termelés ilyen nagy fokú koncentrációja adhat-e okot aggodalomra. A válasz sajnos az, hogy igen. Kína korábban is tudatában volt, hogy milyen erős pozícióra tett szert, 2011 és 2015 között kvótát alkalmazott a ritkaföldfémek exportjára, Japán tekintetében pedig embargót alkalmazott 2010-ben. Természetesen az USA és Kína között az elmúlt időszakban kialakult kereskedelmi háború a ritkaföldfémeket is érinti. Az USA ritkaföldfém importjának 80%-a Kínából származik, a kitettség enyhítésének érdekében 2020 októberében Donald Trump rendeletben írta elő a ritkaföldfémek országon belüli bányászatának növelését, figyelemmel arra is, hogy ezek az elemek a hadiipar számára is nélkülözhetetlenek. 2020. december 1-jén továbbá Kínában életbe lépett az új exporttörvény, amelynek értelmében különleges kormányzati engedélyhez kötött a ritkaföldfémek exportja: az új törvényt többen az USA szankcióival szembeni intézkedésnek könyvelik el, már csak az a kérdés, hogy Kína hogyan fogja alkalmazni a törvényt.

A ritkaföldfémekkel kapcsolatban a földrajzi koncentráció és a politikai érdekek mellett érdemes megnézni a kitermelés környezetre gyakorolt hatását is. Számítások szerint 1 tonna ritkaföldfém kinyerésekor 2000 tonna toxikus, radioaktív hulladék keletkezik. Összehasonlításképp, 1 tonna timföld bauxitból történő előállítása során 1,5-2 tonna vörösiszap keletkezik, amely a lúgosságától függően veszélyes hulladéknak minősül és speciális kezelést igényel, amely a folyamatot is megdrágítja.

A fő problémát az jelenti, hogy a ritkaföldfémek gyakran kötődnek a radioaktív tóriumhoz és az elemek szétválasztásához jelentős mennyiségű vegyszerre (szulfátra, ammóniára és sósavra) van szükség. A kitermelés során ennek következtében olyan szennyvíz jön létre, amely savakat, nehézfémeket és radioaktív elemeket tartalmaz és amelyek megfelelő környezetvédelmi intézkedések hiányában a talajvízbe szivároghatnak. Amennyiben a talajvízbe szivárogva az ivóvízkészletbe kerül a szennyvíz, tóriumtartalma miatt növeli a kockázatát a tüdő-, hasnyálmirigy- és más rákos megbetegedések kialakulásának. Kínában továbbá a kitermelés súlyosan károsította a földfelszíni növényzetet, talajeróziót és termőföld savanyodást okozott, így oda vezetett, hogy az érintett területeken nem vagy csak korlátozottan lehet növénytermesztéssel foglalkozni.

Az elektromos autók szkeptikusai gyakran hozzák fel, hogy a motorokhoz szükséges ritkaföldfémek is rámutatnak arra, hogy érdemes a dolgok mélyére ásni, és lehet, hogy az elektromos autók zöldnek és környezetkímélőnek tűnnek, de az előállítás egész folyamatát, a szükséges alapanyagok kitermelését is nézve már mégsem annyira zöldek és környezetbarátak. Ellenük szóló érvként emlegetik még, hogy a működésükhöz szükséges elektromos áram forrása – zöld energia, vagy szénerőmű – sem hagyható figyelmen kívül.

Az optimista vélemények amellett érvelnek, hogy az erőművek korszerűsíthetőek, a zöld energia egyre nagyobb teret nyer, továbbá nem mindegy, hogy a szennyezés hol történik: városban, több millió ember egészségére hatva vagy a lakott területen kívül eső régiókban. A fentebb írtak alapján is jól látszódik, hogy a kérdés kifejezetten komplex és nem lehet egyértelműen eldönteni, hogy melyik oldalra billen a mérleg a teljes életciklust nézve. Természetesen már léteznek kalkulációk (well-to-wheel) az egyes járműtípusok energia-felhasználásásának és CO2-kibocsátásának meghatározására, ugyanakkor ezen mutató nem tartalmazza a gyártáshoz felhasznált energiát és CO2-kibocsátást, a járművek várható élettartamát és a társadalmi költségeket (egészségre gyakorolt hatást) sem. Így a téma várhatóan évekig velünk marad még.