معادن الطاقة النظيفة الغامضة: كيف تؤثر حرب التجارة بين الولايات المتحدة والصين على مستقبلها؟
في صيف عام 2023، بدأ فاسيليوس تسيانوس، نائب رئيس تطوير الشركات في شركة نيو بيرفورمانس ماتيريالز، يتلقى مكالمات من مسؤولين حكوميين على جانبي المحيط الأطلسي. تُعرف نيو بشكل أساسي بإنتاجها للمغناطيسات الأرضية النادرة، المستخدمة في كل شيء من الأجهزة المنزلية إلى السيارات الكهربائية. لكن هذه المكالمات لم تكن تتعلق بالمعادن الأرضية النادرة. بل كانت تتعلق بشيء نادر للغاية: معدن الغاليوم.
تقوم نيو بإعادة تدوير بضع عشرات الأطنان من الغاليوم عالي النقاء سنويًا، معظمها من نفايات تصنيع شرائح أشباه الموصلات، في مصنع يقع في أونتاريو بكندا. وفي أمريكا الشمالية، تُعتبر الشركة الوحيدة المنتجة للمعادن على نطاق صناعي، حيث يُستخدم الغاليوم ليس فقط في الشرائح ولكن أيضًا في تقنيات الطاقة النظيفة والمعدات العسكرية.
كانت الصين، التي تُعتبر المنتج الرائد عالميًا بفارق كبير، قد أعلنت مؤخرًا عن قيود جديدة على تصدير الغاليوم وعلى ما يبدو استجابةً لتقارير تفيد بأن الحكومة الأمريكية كانت تفكر في فرض قيود على بيع شرائح أشباه الموصلات المتقدمة إلى الصين.
فجأةً أصبح الجميع يريد التحدث مع نيو. قال تسيانوس لموقع Grist: “لقد تحدثنا مع تقريباً جميع المهتمين بإنتاج الغاليوم خارج الصين”.
منذ أن بدأ تسيانوس بتلقي تلك المكالمات، تصاعدت التوترات حول العنصر الحادي والثلاثين في الجدول الدوري — وكذلك الثاني والثلاثين وهو الجرمانيوم الذي يُستخدم أيضًا في مجموعة متنوعة من التقنيات المتقدمة. ففي ديسمبر الماضي، قامت الصين بـحظر صادرات كلا المعدنين تمامًافرض مزيد من القيود على صادرات الشرائح الأمريكية.
الآن تفكر عدة شركات تعمل في الولايات المتحدة وكندا بتوسيع إنتاج المعادن النادرة لتلبية الطلب الأمريكي. بينما قد يتعرض منتجو المعادن الكنديون لرد فعل جيوسياسي جديد إذا نفذ ترامب تهديده بفرض رسوم جمركية ، يمكن أن يحصل منتجو المعادن الأمريكيون على دعم من الإدارة الجديدة التي دعت إلى إعطاء الأولوية لتمويل المشاريع المتعلقة بالمعادن الحيوية بموجب أمر تنفيذي ليوم واحد. وعلاوةً على ذلك ، يقول مراقبو الصناعة إن حظر الصادرات الصيني يغذي اهتمامًا عالميًا <اhref =" https: // www.ecofinagency.com/mining /0512 -46222-china-s-export-ban-on-germanium-opens -doors-for-drc ">في جعل سلاسل إمداد المعادن الحيوية أكثر تنوعاً بحيث لا تمتلك دولة واحدة سيطرة كاملة على المواد الضرورية لمستقبل الطاقة النظيفة والتكنولوجيا العالية.
قال <اhref =" https: // thebreakthrough.org / people / seaver-wang "> سيفر وانغ من معهد بريكثرو ، وهو مركز بحثي يركز على الحلول التكنولوجية للمشاكل البيئية ، لـ Grist : “هذه الجولة الأخيرة من حظر الصادرات تضخ الكثير من الرياح في أشرعة جهود سلسلة إمداد المعادن الحيوية ، ليس فقط داخل الولايات المتحدة ولكن عالميًا”.
الغاليوم والجرمانيوم ليست أسماء مألوفة تماماً للجميع . لكنهما موجودان ضمن منتجات لا غنى عنها للحياة الحديثة — وللمجتمع الخالي تماماً من الوقود الأحفوري . بفضل خصائصه الكهربائية المذهلة ، يُستخدم الغاليوم ضمن <اhref =" https: // www.csis.org / analysis / gallium-nitride-strategic-opportunity-semiconductor-industry ">شرائح أشباه الموصلات التي تدخل ضمن كل شيء بدءاً الهواتف المحمولة وصولاً إلى محولات الطاقة المستخدمة بالسيارات الكهربائية وشاشات الإضاءة LED . كما يُستخدم المعدن أيضاً لصناعة المغناطيس الأرضي النادر للسيارات الكهربائية وتوربينات الرياح وفي خلايا الشمس الرفيعة وأحياناً ضمن خلايا السيليكون الشمسية الشائعة تجارياً حيث يمكن أن يساعد ذلك زيادة الأداء وإطالة عمر الاستخدام .
يتم استخدام الغاليون أحيانًا داخل خلايا السيليكون الشمسية الفوتوفولتائية حيث يمكن أن يساعد ذلك زيادة الأداء وإطالة عمر الاستخدام.
باريس سيكين عبر الأناضول عبر Getty Images
من ناحية أخرى يستخدم الجرمانيوم لكسر الضوء داخل كابلات الألياف الضوئية . بالإضافة إلى مساعدته تشكيل الـ العمود الفقري للإنترنت فإن الخصائص الاستثنائية لتشتت الضوء تجعل منه مفيد جداً للعدسات تحت الحمراء وشرائح أشباه الموصلات وخلايا الطاقة الشمسية عالية الكفاءة المستخدمة بواسطة الأقمار الصناعية .
لا توجد بدائل كثيرة لهذين العنصرين . بعض شرائح أشباه الموصلات القائمة علي السيليكون تفتقر إلي وجود غاليا , ويمكن استبدال الزجاج الخاص بالجرمانيومي ببعض التقنيات تحت الحمراء المحددة . وغالبا ما يتم إضافة البورون بدلاً عن الجاليا لخلايا الطاقة الشمسية . لكن هذين المعدنين يمتلكان خصائص محددة تجعل منهما المادة المثالية غالبا عند الحديث عن الطاقة النظيفة, قال تسيانوس لـ Grist إنه لا توجد بدائل “ضمن نطاق أداء المواد وتكاليفها” الذي يقدمهما الجاليا .
نظرًا لأن القليل منهما يكفي لتحقيق نتائج كبيرة فإن سوق هذين المعدنين صغير – وهي مهيمنة بالكامل بواسطة الصين . وفقَا لـ المسح الجيولوجي الأمريكي فقد أنتج العالم حوالي 640 طنٍّا مِنَ الجاليا منخفضة النقاء وحوالي 200 طنٍّ مِنَ الجرمانيومي خلال عام ٢٠٢٢.إنتاج الغاليوم منخفض النقاء وأكثر من نصف الجيرمانيوم المكرر.
يرجع ذلك جزئيًا إلى أن كلا المعدنين هما ناتجان ثانويان لصناعات أخرى. يتم استخراج الغاليوم عادةً من خامات البوكسيت أثناء معالجتها لإنتاج أكسيد الألمنيوم، بينما يقوم عمال المناجم في مجال الزنك أحيانًا باستخراج الجيرمانيوم من النفايات الناتجة عن عملية التكرير. تعتبر الصين منتجًا رائدًا لهذه المعادن الشائعة أيضًا، وقد جعلت حكومتها استخراج الغاليوم والجيرمانيوم معًا أولوية، وفقًا لوونغ. “إنه أمر استراتيجي للغاية”، كما قال.
تمنح هيمنة الصين على سلاسل إمداد هذين المعدنين لها قوة كبيرة في حربها التجارية المستمرة مع الولايات المتحدة. لا تنتج أمريكا أي غاليوم جديد وتنتج فقط كمية صغيرة من الجيرمانيوم، بينما تستهلك حوالي خمسين طنًا سنويًا من المعدنين مجتمعين. وجدت دراسة أجرتها هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية نُشرت في نوفمبر أنه إذا نفذت الصين حظر تصديري شامل على كلا المعدنين، فقد يكلف الاقتصاد الأمريكي مليارات الدولارات. وبعد أسابيع من نشر تلك الدراسة، أعلنت الصين عن حظرها.
الحظر جديد جدًا لدرجة أنه لم يتضح بعد كيف ستستجيب الشركات الأمريكية أو الحكومة الفيدرالية لذلك. لكن قطاع التصنيع عالي التقنية في أمريكا ليس بدون خيارات بديلة. شمال الحدود، تستعد منشأة نيو في أونتاريو لمضاعفة إنتاجها من الغاليوم، وفقاً لتسيانوس. “لدينا القدرة”، كما أخبر جريست. “نحن ننتظر المزيد من المواد الخام.”
حالياً، المصدر الوحيد للغاليوم لدى نيو هو صناعة أشباه الموصلات. يرسل صانعو الرقائق في أوروبا وأمريكا الشمالية وآسيا للشركة خردتهم التي تقوم بمعالجتها لاستعادة غاليوم عالي النقاء يعود إلى تصنيع أشباه الموصلات مرة أخرى. لكن تسيانوس يقول إن نيو تختبر تقنيتها مع عمال المناجم البوكسايت حول العالم لإنشاء مصادر جديدة للغاليوم الجديد. الفكرة هي أن عمال المناجم سيقومون ببعض المعالجة الأولية في الموقع ثم يرسلون غاليومات منخفضة النقاء إلى نيو لمزيد من التكرير في كندا.
في هذه الأثناء ، تعد شركة تيك ريسورسز العملاقة للتعدين بالفعل منتجاً رائداً للجيرمانيوم خارج الصين . يستقبل مجمع مصفاة عمليات تريل خام الزنك من mine Red Dog الواقع شمال غرب ألاسكا ويحوّله إلى منتجات متنوعة ، بما فيها حوالي 20 طناً سنوياً من الجيرمانيوم المكرر ، وفقاً لتقديرات هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية (تيك لا تكشف عن أحجام الإنتاج).
هذا الجيرمانيوم يُباع بشكل أساسي للعملاء في الولايات المتحدة ، حسبما قال المتحدث باسم تيك ديل ستيفز لجريست . وفي أعقاب حظر التصدير ، قال ستيفز إن الشركة الآن “تفحص الخيارات والدعم السوقي لزيادة الطاقة الإنتاجية للجيرمانيوم”.
قال كواسي أمبوفو ، رئيس قسم المعادن والتعدين لدى شركة بلومنبرغNEF لأبحاث الطاقة النظيفة لجريست إنه على المدى القريب يتوقع أن تحاول الولايات المتحدة “إقامة علاقات جديدة لسلاسل الإمداد” مع دول لديها إنتاج كبير بالفعل مثل كندا لضمان الحصول على الغاليومات والجيرانيم التي تحتاج إليها . قد يكون هذا صحيحا سواء أصبحت التعريفات المقترحة التي قدمها ترامب بشأن الواردات الكندية حقيقة أم لا .
أضاف تسيانوس: “[نحن] ملتزمون بمواصلة خدمة عملائنا الأوروبيين والأمريكيين واليابانيين في صناعات أشباه الموصلات والطاقة المتجددة”.
قال ستيفز لجريست إن الحرب التجارية بين الولايات المتحدة وكندا ستكون “سلبية للاقتصاد لكلا البلدين مما يعطل تدفق المعادن الحيوية الأساسية وزيادة التكاليف وعدم الكفاءة على جانبي الحدود”. وقال إن تيك “ستمضي قدماً بنشاط لإدارة ترتيبات مبيعاتنا لتقليل التأثير على عمليات تريل”.
بينما قد تكون كندا أفضل خيار قصير الأجل للولايات المتحدة للحصول على هذه المعادن النادرة ، يتوقع أمبوفو أن ترى الولايات المتحدة اهتماما متجددا بإعادة التدوير – خاصة للمعدات العسكرية . أعلنت وزارة الدفاع عام 2022 أنها بدأت برنامج لاسترداد “جيرمانيو مخصص للأغراض البصرية” من المعدات العسكرية القديمة . كان يُتوقع آنذاك أن تعيد المبادرة تدویر ما يصل إلى 3 أطنان سنويًّا أو نحو 10%من الطلب السنوي للدولة .
هناك مصدر صغير آخر للطاقة الإنتاجية داخل الولايات المتحدة . تقوم الشركة العالمية للمعادن Umicore بإعادة تدویر جیرمانیومیة مستخرجة مِن الخردة الصناعية وكابلات الألياف الضوئية وخلايا الشمس والأجهزة الضوئية تحت الحمراء بمرفق المواد الضوئية الخاص بها بولاية أوكلاهوما وكذلك بلجيكا .
بينما يمكن لإعادة التدویر ملء بعض احتياجات البلاد مِن الغالیومی و الگرمانیومی, قد يكون هناك مصدر أكبر لكلا المعدنين مختبئاً فِي برک الطین فِي وسط تنيسي.
هناك, فِي مدينة كلاركفيل, تشغل شركة Nyrstar الهولندية منشأة معالجة الزنك التي تنتج نفايات تحتوي علي غالیومي و گرمانیومي.تعاونت الشركة سابقًا مع مركز الابتكار للمواد الحرجة في مختبر أيمس الوطني لتطوير عمليات استخراج الغاليوم، الذي لا يتم إنتاجه عادةً من نفايات الزنك.
Nyrstar
في عام 2023، أعلنت شركة Nyrstar عن خطط لبناء منشأة جديدة بتكلفة 150 مليون دولار، تقع بجوار مصهر الزنك الحالي لها في كلاركفيل، والتي ستكون قادرة على إنتاج 30 طنًا من الجرمانيوم و40 طنًا من الغاليوم سنويًا. ومع ذلك، فإن الوضع الحالي للمشروع غير مؤكد ولا يوجد جدول زمني لبدء البناء. قال متحدث باسم Nyrstar لموقع Grist إن الشركة ”تواصل العمل وتقييم الجدوى الاقتصادية” للمنشأة بينما رفض تقديم تفاصيل إضافية.
أخبر الخبراء موقع Grist أن إنشاء جدوى اقتصادية لإنتاج الغاليوم أو الجرمانيوم هو التحدي الرئيسي للشركات خارج الصين. كما قال تسياونوس من شركة نيو: إن هذه المعادن تعتبر “عمل جانبي” يتطلب استثمارًا كبيرًا مقدمًا مقابل كمية صغيرة نسبيًا من الإيرادات الإضافية. علاوة على ذلك، تعتمد قدرة منتجي البوكسيت أو الزنك على إنتاج الغاليوم أو الجرمانيوم عادةً على ظروف السوق للمعادن التي يركزون عليها بشكل أساسي. وهذا يعني أنه “إذا كانت أسعار الألمنيوم منخفضة أو أسعار الزنك منخفضة ، فقد لا يعمل المنجم أو المصهر حتى لو كان العالم يصرخ للحصول على المزيد من الغاليوم أو الجرمانيوم”، كما قال وانغ.
مع ذلك ، هناك حافز اقتصادي أكبر الآن لإنتاج هذه المعادن مقارنةً بما كان عليه قبل بضع سنوات. يقول تسياونوس إن الدراما الجيوسياسية الأخيرة قد أدت إلى حدوث “انقسام” في سعر الغاليوم. خارج الصين ، أصبح سعر المعدن الآن “تقريباً ضعف ما هو عليه داخل حدود البلاد”.
قال تسياونوس: “هناك تغيير هيكلي في السوق خلق جدوى اقتصادية للإنتاج خارج الصين”. “وقد بدأ هذا بسبب قيود التصدير.”
