Jakie minerały krytyczne powinny znaleźć się w strategii zarządzania ryzykiem?

Najważniejsze informacje z artykułu:

• Amerykański Departament Energii definiuje minerały krytyczne jako każdy materiał, który „(i) charakteryzuje się wysokim ryzykiem zakłóceń w łańcuchu dostaw; oraz (ii) pełni kluczową funkcję w co najmniej jednej technologii energetycznej, obejmującej produkcję, przesył, magazynowanie oraz oszczędzanie energii”.
• Pierwiastki ziem rzadkich to grupa 17 metalicznych pierwiastków — 15 należących do szeregu lantanowców w układzie okresowym oraz skand i itr — szeroko wykorzystywanych w zaawansowanym przemyśle.
• Pięć kluczowych minerałów, na których powinna koncentrować się strategia SCRM (zarządzania ryzykiem łańcucha dostaw) to kobalt, gal, grafit, lit i nikiel.

Od początku administracji prezydenta Bidena w 2021 roku rząd USA szczególnie intensywnie monitoruje ryzyka związane z łańcuchami dostaw materiałów o znaczeniu krytycznym dla Stanów Zjednoczonych. Ocena zamówiona przez administrację Bidena w pierwszym roku prezydentury, a opublikowana w 2022 r., wykazała nadmierną zależność USA od państw konkurencyjnych w zakresie szerokiego spektrum minerałów i materiałów krytycznych. Ponadto raport towarzyszący Departamentu Energii wskazał, że podejście pierwszeństwa Chin pozwoliło temu państwu zdobyć przewagę konkurencyjną dzięki kontrolowaniu szerokich segmentów globalnych łańcuchów dostaw materiałów krytycznych. Kraje takie jak Chiny „wdrożyły skoordynowane strategie rządowe i polityki przemysłowe umożliwiające uruchomienie znaczących inwestycji w kluczowych segmentach łańcucha dostaw”.

Chociaż rząd USA dąży do uzyskania choćby częściowej niezależności od zagranicznych państw, takich jak Chiny, w zakresie minerałów krytycznych, droga do tego celu wciąż jest długa. W międzyczasie amerykańskie firmy polegające na minerałach krytycznych i pierwiastkach ziem rzadkich (REE, Rare Earth Elements) powinny już dziś wdrażać środki zarządzania ryzykiem, aby zabezpieczyć swoje łańcuchy dostaw. Zgodnie z klasyfikacją U.S. Geological Survey, istnieje 50 minerałów krytycznych oraz 17 pierwiastków ziem rzadkich. Jak więc organizacje mogą określić, na które materiały trzeba zwrócić szczególną uwagę i objąć solidnym modelem zarządzania ryzykiem? W tym artykule przedstawiamy pięć kluczowych materiałów, którym specjaliści ds. zaopatrzenia oraz odporności łańcucha dostaw powinni się szczególnie przyglądać. 

Czym są minerały krytyczne?

Z uwagi na strategiczne znaczenie dla amerykańskiego przemysłu, obronności i bezpieczeństwa narodowego, jak i innych zastosowań, amerykański Departament Energii zawarł własną definicję materiału krytycznego w ustawie Energy Act z 2020 r. Agencja ta definiuje takie materiały jako „Każdy nie będący paliwem minerał, pierwiastek, substancję lub materiał, które Sekretarz Energii uzna za: (i) narażone na wysokie ryzyko zakłóceń w łańcuchu dostaw; oraz (ii) pełniące zasadniczą funkcję w jednej lub więcej technologiach energetycznych, obejmujących produkcję, przesył, magazynowanie czy oszczędzanie energii”.

Aby dany materiał został uznany za krytyczny, musi jednocześnie pełnić kluczową funkcję oraz być podatny na zakłócenia w łańcuchu dostaw. W 2022 r. agencja U.S. Geological Survey (USGS), działająca w ramach Departamentu Spraw Wewnętrznych, opublikowała listę 50 minerałów krytycznych zgodnych z powyższą definicją:

Czym są pierwiastki ziem rzadkich?

Pierwiastki ziem rzadkich, często skracane jako REE (Rare Earth Elements), to grupa 17 metalicznych pierwiastków — 15 z szeregu lantanowców w układzie okresowym oraz skand i itr — cechujących się szerokim zakresem zastosowań w produkcji zaawansowanej technologii. Ze względu na unikalne właściwości chemiczne, pierwiastki te wykorzystywane są jako magnesy, katalizatory i stopy do akumulatorów w elektronice użytkowej, odnawialnych źródłach energii, pojazdach elektrycznych i urządzeniach medycznych. Chociaż produkty te wykorzystują jedynie śladowe ilości REE, składniki te są niezbędne dla ich wydajności i funkcjonowania. Nawet jeśli pierwiastek ziem rzadkich stanowi jedynie niewielki odsetek wagi lub wartości produktu, nie znaczy to, że można go łatwo wyeliminować lub zastąpić innym składnikiem.

Pierwiastki ziem rzadkich

• lantan (La)
• cer (Ce)
• prazeodym (Pr)
• neodym (Nd)
• promet (Pm)
• samar (Sm)
• europ (Eu)
• gadolin (Gd)
• terb (Tb)
• dysproz (Dy)
• holm (Ho)
• erb (Er)
• tul (Tm)
• iterb (Yb)
• lutet (Lu)
• skand (Sc)
• itr (Y)

Pierwiastki ziem rzadkich są szczególnym obszarem zainteresowania rządu USA z powodu dominującej pozycji Chin w ich wydobyciu w XXI wieku. Według danych USGS w roku 1993 38% światowej produkcji REE przypadało na Chiny, a 33% na USA (kolejne 12% zapewniała Australia). W kolejnych dwóch dekadach te proporcje ulegały radykalnym zmianom. W 2011 roku aż 97% globalnej produkcji REE koncentrowało się w Chinach. 

Pierwiastki ziem rzadkich są szczególnym obszarem zmartwień rządu USA z powodu dominacji Chin w ich produkcji w XXI wieku.

Chociaż w ostatnich latach ten udział nieco spadł — w 2023 roku Chiny odpowiadały za 69% światowej produkcji REE — państwo to wciąż sprawuje niemal pełną kontrolę nad większością łańcucha dostaw pierwiastków ziem rzadkich. 

Pięć minerałów krytycznych niezbędnych w strategii SCRM

Kobalt (Co)

• Główne zastosowania: Akumulatory do wielokrotnego ładowania; dyski twarde i komponenty elektroniczne; nadstopy stosowane w sektorze lotniczym, obronnym, w silnikach rakietowych oraz elektrowniach.
• Procent przetwarzanego w USA: <1%
• Największy globalny producent: Demokratyczna Republika Konga (DRK)

Kobalt to materiał szczególnie istotny z uwagi na jego niezastąpioną rolę w wielu produktach i procesach produkcyjnych. Dzięki wysokiej gęstości energii i stabilności termicznej, ten metal przejściowy znajduje zastosowanie w półprzewodnikach i akumulatorach litowo-jonowych. Poza tym jego właściwości czynią go nieodzownym składnikiem nadstopów wykorzystywanych w lotnictwie, obronności i ciężkim przemyśle maszynowym. 

Oprócz strategicznego znaczenia w różnych sektorach, kobalt ze względu na bardzo ryzykowny łańcuch dostaw powinien być jednym z pierwszych minerałów krytycznych objętych ramą SCRM. Metal ten jest wydobywany głównie w Demokratycznej Republice Konga, kraju niestabilnym politycznie, którego historia naznaczona jest przemocą, wyzyskiem pracowników i pracą dzieci. Artykuł z 2023 roku opublikowany przez Yale School of the Environment określił wydobycie w DRK jako „obszary kontrolowane przez bojówki... gdzie pięcioletnie dzieci, uzbrojone w prymitywne łopaty i kawałki zbrojenia, tworzą dolny szczebel globalnego łańcucha dostaw kończącego się na halach fabryk najsilniejszych i najbogatszych firm świata”. Sytuację dodatkowo komplikuje fakt, że większość wydobytego w DRK kobaltu trafia do Chin na dalszą obróbkę i rafinację. 

Chiny posiadają udziały w znaczącej części kopalni kobaltu w DRK, a blisko trzy czwarte całego surowca ostatecznie rafinowane jest właśnie w tym kraju. 

Lit (Li)

• Główne zastosowania: Akumulatory litowo-jonowe wykorzystywane w szerokiej gamie elektroniki; pojazdy elektryczne (EV); przemysł szklarski i ceramiczny; komponenty cementowe. 
• Procent przetwarzanego w USA: <1%
• Największy globalny producent: Australia

Lit to metal alkaliczny o niezwykle niskiej gęstości, którego głównym przeznaczeniem są akumulatory do urządzeń od smartfonów i laptopów po EV. Dzięki ruchom jonów litu pomiędzy anodą a katodą możliwe jest ładowanie i rozładowywanie ogniw. Jak wyjaśnia Departament Energii USA w swoim przewodniku, „Gdy bateria się rozładowuje i przekazuje prąd, anoda przekazuje jony litu do katody, generując przepływ elektronów z jednej na drugą stronę”. Z kolei podczas ładowania zachodzi odwrotny proces: „Jony litu są uwalniane do anody z katody”.

Największym producentem litu na świecie jest Australia, a dalsze miejsca zajmują Chile i Chiny. Podobnie jak w przypadku wielu innych minerałów krytycznych, to Chiny dominują w procesach rafinacji: przetwarzają ponad 70% światowego litu. Z racji kluczowego udziału tego metalu w transformacji na rynku EV, rosnąca rola Chin w przetwarzaniu powinna budzić niepokój wśród amerykańskich firm i producentów. Organizacje spodziewające się wzrostu popytu na lit powinny przyjrzeć się swoim łańcuchom dostaw minerałów i rozważyć dywersyfikację źródeł poza Chiny. 

Grafit (Gr/C)

• Główne zastosowania: Ogniwa i elektrody; silniki elektryczne; środki ogniochronne; piece hutnicze („refraktoryjne”). 
• Procent przetwarzanego w USA: Brak
• Największy globalny producent: Chiny

Występujący naturalnie w postaci czarnych kryształów i mas krystalicznych, grafit to stabilna forma węgla, wyróżniająca się właściwościami cenionymi w szerokim spektrum branż. Jego chemiczna i termiczna stabilność oraz wysoka przewodność elektryczna są kluczowe w metalurgii, przemyśle lotniczym, obronnym i motoryzacyjnym. W łańcuchu dostaw elektroniki grafit stanowi niezbędny składnik akumulatorów, elektrod, płytek drukowanych i różnych komponentów IP&E (interconnect, passive & electromechanical). 

Chiny są światowym liderem zarówno w wydobyciu, jak i rafinacji grafitu, co zapewnia im dominującą pozycję w łańcuchu dostaw tego minerału krytycznego. Do innych znaczących producentów należą Indie, Brazylia oraz Mozambik i Tanzania. Od lat 50. XX w. grafit nie jest już przetwarzany w USA, choć USGS odnotował obecność jego złóż m.in. na Alasce, w Kolorado, Montanie, Pensylwanii i Teksasie. Choć te zasoby dają perspektywę na krajową produkcję w przyszłości, obecnie amerykańscy producenci są nadal zależni od łańcuchów, które prowadzą przez Chiny. 

Nikiel (Ni)

• Główne zastosowania: Ogniwa i elektrody; silniki elektryczne; środki ogniochronne; piece hutnicze („refraktoryjne”). 
• Procent przetwarzanego w USA: Brak
• Największy globalny producent: Chiny

Nikiel to odporny na korozję metal przejściowy o właściwościach czyniących go niezastąpionym w wielu produktach i sektorach. Cechuje go wysoka temperatura topnienia, wyjątkowa plastyczność i ferromagnetyzm poniżej określonego progu temperatury. Stosuje się go od stopów metali, przez części lotnicze, po baterie i powłoki. Według Nickel Institute pierwiastek ten „jest niezbędny w setkach tysięcy produktów”. Światowa produkcja niklu w 2023 r. wyniosła ok. 3,7 mln ton, a popyt szacowany jest na wzrost o niemal jedną trzecią — do 4,7 mln ton — do 2030 r. 

Największym producentem niklu jest Indonezja, wydobywająca prawie dwa miliony ton rocznie. Do innych istotnych producentów należą Filipiny, Nowa Kaledonia i Rosja. Według firmy badawczej Oregon Group nikiel jest obecnie przedmiotem globalnej wojny handlowej pomiędzy Indonezją a krajami zachodnimi. Indonezja obniżyła ceny niklu o ponad 50% w ciągu ostatnich dwóch lat, starając się wyeliminować krajowych konkurentów z rynku. 

Gal (Ga)

• Główne zastosowania: Półprzewodniki; panele fotowoltaiczne; diody LED; stopy metali.
• Procent przetwarzanego w USA: Brak
• Największy globalny producent: Chiny

Srebrzysty metal o wyglądzie zbliżonym do aluminium, gal używany jest w branży elektronicznej, lotniczej, obronnej oraz energetycznej. Stanowi kluczowy materiał w procesach domieszkowania przy produkcji półprzewodników — często domieszkowany z krzemem celem modyfikacji przewodnictwa elektrycznego i właściwości strukturalnych. Gal jest również łączony z azotem do produkcji azotku galu (GaN), materiału półprzewodnikowego o wyższej prędkości i wydajności niż tradycyjny krzem.

Chiny są obecnie głównym światowym producentem i przetwórcą galu, lecz znaczący udział mają tu także Korea Południowa, Ukraina, Rosja i Kazachstan. Gal już udowodnił swoją podatność na poważne zakłócenia w łańcuchu dostaw — w grudniu 2024 roku Chiny wprowadziły zakaz eksportu tego minerału do firm z USA, co wciąż generuje poważne wyzwania logistyczne i produkcyjne dla amerykańskich przedsiębiorstw. 

Z2Data pomaga zarządzać ryzykiem minerałów krytycznych 

Platforma SCRM Z2Data umożliwia producentom OEM i innym firmom identyfikowanie minerałów krytycznych, od których są najbardziej uzależnieni, oraz wskazuje, gdzie występują ich największe zależności geograficzne. Z2Data oferuje dwa kluczowe, uzupełniające się narzędzia, pozwalające zrozumieć ekspozycję na ryzyko oraz wdrożyć skuteczne strategie jego ograniczania.

Platforma SCRM Z2Data umożliwia producentom OEM i innym firmom identyfikowanie minerałów krytycznych, od których są najbardziej uzależnieni, oraz wskazuje, gdzie występują ich największe zależności geograficzne.

• Minerals Detection: Narzędzie SCRM gromadzi pełne deklaracje materiałowe (FMD) i identyfikuje minerały krytyczne wykorzystywane w procesach produkcyjnych. Dzięki temu organizacje uzyskują istotny punkt odniesienia, ułatwiający analizę zakresu zależności od poszczególnych minerałów.

• Minerals Database: Po identyfikacji minerałów obecnych w FMD, Z2Data porównuje te dane ze swoją kompleksową wewnętrzną bazą minerałów. Dzięki tej szerokiej perspektywie użytkownicy mogą łatwo określić, skąd najprawdopodobniej pochodzą wykorzystywane minerały, oraz zyskać wgląd w ekspozycję na ryzykownych dostawców, takich jak Chiny, Rosja czy Demokratyczna Republika Konga (DRK).

Dysponując takimi analizami i danymi, organizacje mogą rozpocząć wdrażanie ram SCRM dedykowanych minerałom krytycznym, wzmacniając łańcuch dostaw poprzez podwójne źródłowanie, dywersyfikację i ograniczanie zależności od Chin. Aby dowiedzieć się więcej o tym, jak Z2Data może wspierać zarządzanie ryzykiem w łańcuchu dostaw minerałów krytycznych, umów bezpłatne demo z jednym z naszych ekspertów produktowych.