Kritiska mineraler

Markförändringar, föroreningar och nedsmutsning har skapat en negativ bild av gruv-, mineral- och metallindustrin. Det totala landområde som belastas av gruvdrift och stenbrytning uppskattas till 800 000 km2 globalt, vilket är jämförbart med storleken på Tyskland, Österrike och Italien tillsammans. Metallproduktion och relaterade gruvprocesser beräknas stå för upp till 10% av de globala utsläppen av växthusgaser.

Även om de flesta av våra högteknologiska produkter är starkt beroende av gruv-, mineral- och metallindustrin är själva industrin ganska traditionell, mycket energiintensiv och har i själva verket varit underfinansierad i årtionden. Men just nu sker en del grundläggande förändringar som kräver hållbara lösningar.

Omställningen är ett måste, oundviklig och drivs av marknadens behov av gröna och etiska produkter, tillsammans med transparenta och ansvarsfulla resultat.

Strävan efter hållbarhet skapar tillväxtmöjligheter - en ökad och snabb efterfrågan på metaller och mineraler, och nya investeringsmöjligheter för att konstruera och bygga framtiden. Hur påverkar den gröna omställningen branschen?

Energiomställning

Det ökade trycket på mer hållbara lösningar inom industrin har fått gruv- och metallbolagen att rikta in sig på minskade utsläpp i sina värdekedjor. I produktionsledet försöker metallproducenterna minska koldioxidutsläppen både genom processförbättringar, investeringar i energieffektivitet och genom att nyttja alternativa energi- eller råvarukällor - inklusive ökad användning av skrot och förnybara energikällor (RES). I synnerhet förnybara energikällor erbjuder en attraktiv möjlighet att minska koldioxidutsläppen och samtidigt tillgodose nya behov när det gäller försörjningstrygghet, vilket blir särskilt attraktivt för dem som har använt egen dyr elkraftgenerering från fossila bränslen till gruvorna och för dem som står inför högre el- och bränslekostnader.

Grundläggande förändringar är också nödvändiga för att minska koldioxidutsläppen från råvaruproduktionen. Inom stålindustrin skulle exempelvis en övergång från masugnar, som använder koks, till grön vätgasbaserad direkt järnreduktion (DRI), innebära ett paradigmskifte. Järnframställning som DRI, kan komma att frikopplas från stålframställning, och konkurrenskraftiga DRI-producenter kommer att vara de som har tillgång till billiga förnybara energikällor och högkvalitativ järnmalm. Inom aluminiumindustrin behöver nya material utvecklas, medan inert anodteknik för elektrolys i smältprocessen bör minska utsläppen. Minskningar av indirekta utsläpp från elkraftproduktion erbjuder dock den största utsläppsminskningen inom aluminiumsmältning.

CCUS och innovativa transporter i fokus

För vissa gruv- och metallföretag innebär övergång till nya produktionsmetoder eller råvaror, en allt för hög risk eller för stora kapitalutgifter och driftskostnader. Alternativt är tiden för att implementera lösningar för lång för att uppfylla företagets eller samhällets mål och därför krävs övergångslösningar. CCUS (Carbon Capture, Utilisation and Storage) är en teknik som undersöks av vissa metallproducenter, särskilt där CO2-koncentrationerna är högre och därför mer lämpade för avskiljning, som exempelvis inom ståltillverkning. CCUS gör det möjligt för dem att bibehålla användningen av fossilbaserade produktionsmetoder, samtidigt som utsläppen minskar.

Gruvbolagen försöker också minska utsläppen från de transporter som används för produktion och förflyttning av material. Ett antal gruvbolag utvecklar vätgasdrivna eller elektrifierade gruvtruckar. I takt med att allt större vikt läggs vid att minska scope 3-utsläppen, inklusive utsläpp från transport av råvaror och slutprodukter, riktas uppmärksamheten mot de bränslen som används för att driva råvarutransporter. Till exempel överväger gruvbolag, inklusive Anglo American, Rio Tinto, BHP och FMG, olika alternativ för att minska koldioxidutsläppen inom sjöfarten, allt från fartyg som drivs med ammoniak, biobränslen, e-metanol och, på kortare sikt, LNG.

Cirkularitet

CDP-rapporten Riding the Wave, som publicerades strax före FN:s Water Conference mars 2023, illustrerar de finansiella möjligheter som finns för företag som fokuserar på vatten i sina affärsstrategier. Vattenhantering är inte längre bara en fråga om riskhantering utan om ett verkligt värde som bör tas tillvara. Vatten har blivit en aktuell fråga i styrelserummen, där stora företag investerar i nya produkter och tjänster för att ta itu med vattenutmaningen och ta marknadsandelar i en värld där vi kommer att behöva göra mer med mindre.

Finansiell möjlighet

Mineralbaserade material inom Clean Energy, såsom vindturbiner och utrustning för smart teknik och elfordon, är avgörande för den gröna omställningen. Tillgången på många av dessa värdefulla råvaror som är nödvändiga för många industrisektorer har redan nått en kritisk punkt. Inom materialbearbetning finns det dessutom hållbarhetsfrågor som till exempel tillgången till rent vatten.

Det växande behovet av mineraltillgångar leder till en ökning av ny prospektering och alternativa gruvmetoder som till exempel djuphavsbrytning. Ökad efterfrågan kräver en omställning i tankesättet för att minska, återanvända och återvinna naturresurser på ett hållbart och effektivt sätt.

Med andra ord, hur man klarar sig med mindre genom att anta koldioxidneutrala lösningar för cirkulär ekonomi inom många sektorer, inklusive gruv- och metallindustrin.

Materialutvecklings- och produktdesignfaserna är de viktigaste besluten för att möjliggöra övergången till cirkulär ekonomi

Målet bör vara att utforma "eviga" produkter, där återvunna material, delar och komponenter nyttjas och som är lättare att reparera och underhålla. Det är även viktigt att minimera miljöpåverkan i användningsfasen och säkerställa att produkterna kan användas så länge som möjligt. Det kräver underhåll som medverkar till en förlängning av produkternas livscykler.

Ur ett materialåtervinningsperspektiv är de största utmaningarna ett icke heltäckande återvinningssystem, det låga värdet på återvunnet material, bristen på kostnadseffektiv återvinningsteknik och kostnaderna för återvinning. För övergången till ett hållbart samhälle med cirkulär ekonomi kommer en mer effektiv materialanvändning som hanterar alla ovanstående utmaningar att vara avgörande.

I framtiden innebär ett hållbart nyttjande av naturresurser, att vi redan i början av råvarornas livscykeln säkerställer att de även är användbara efter den första användningen. Verktyg som material- och produktpass har skapats för att stödja denna övergång.

Kärnan i den gröna omställningen är att integrera koldioxidneutrala lösningar och åtgärder för en cirkulär ekonomi i affärsstrategier och affärsplaner.

Biobaserat är en del av lösningen

Olika biobaserade material och metoder inom malmbearbetning, vattenrening, produktion av metaller och vissa tillämpningar med batterier, utgör en annan möjlig väg till en mer hållbar industri.

Biobaserade (bakterier, mikroalger, svampar, proteiner etc.) laboratorieutvecklade lösningar som används vid utvinning av sällsynta jordartsmetaller, magnesium och platinametaller är redo för industriell användning. Dessa biobaserade gruvprocesser har visat sig ge hög återvinningsgrad (≥90 %) och selektivitet (>95 %), samt vara miljösäkra och kostnadseffektiva.

I takt med att energiomställningen går allt snabbare finns det biobaserade lösningar som kan bidra i traditionella metallurgiska metoder att uppnå bättre miljöprestanda.

Biokol skulle kunna användas i sintringsprocessen för järnmalm och skulle också till viss del kunna ersätta kokskol i koksblandningar och pulveriserat kol som injiceras i masugnar. Biokol kan även användas som laddningskol och biokol som skumbildare i ljusbågsugnar. En kombination av dessa lösningar skulle kunna minska de fossilbaserade koldioxidutsläppen med upp till 25%.

En myriad av metoder krävs

Forskare och ingenjörer arbetar med olika biobaserade tekniker för ytterligare tillämpningar, som exempelvis inom batteritillverkning. Det finns till exempel flera användningsområden för lignin: ligninbaserade anoder för litiumjon- och natriumjonbatterier, ligninbaserade organiska expanderingsmedel för blybatterier, ligninbaserade biolösningsmedel som ersätter giftiga dipolära aprotiska lösningsmedel, såsom NMP, ligninbaserad vanillin som elektrolyt i redox-flödesbatterier och många fler.

Det finns vissa begränsningar för var och en av ovanstående vägar och särskilda lösningar, men ett noggrant urval av olika initiativ skulle kunna lyfta miljöprestandan hos företagens värdekedjor för gruv- och metallindustrin och därmed leda till en grundläggande och mer hållbar omställning i hela branschen.

Författare: Josie Armstrong, Ilya Gasparishvili och Nani Pajunen

Denna artikel publicerades ursprungligen i AFRY Insights 2023 höstutgåva.