Pääosa nykyisistä ”vihreistä” energiaratkaisuista – akuista, tuulivoimasta, aurinkokennoista ja energiansäästölampuista – vaatii harvinaisia metalleja, joiden louhinta on usein erittäin kuormittavaa ympäristölle ja joista on eräissä tapauksissa jo pulaa.
”Voimme Pohjoismaissa rehennellä vihreällä energiankulutuksella, mutta päästöt ja ympäristökuormitus jäävät muiden alueiden harmiksi”, sanoo Christian Ekberg, joka toimii teollisen materiaalikierrätyksen professorina Chalmersin teknisessä korkeakoulussa Göteborgissa.
Näihin metalleihin kuuluvat harvinaisten maametallien lisäksi niin sanotut platinametallit sekä koboltti ja indium.
Yhtenä esimerkkinä on kyseenalaisissa oloissa Kongon demokraattisessa tasavallassa tapahtuva koboltinlouhinta, joka tuottaa tällä hetkellä yli puolet maailman koboltista.
Etenkin Kiina on kuitenkin suuri tuottaja, koska maassa on runsaat harvinaisten maametallien ja indiumin esiintymät ja louhintaa edistetään määrätietoisella politiikalla. Nyt Kiina on rajoittanut kyseisten metallien vientiä muihin maihin. Kiinalaisyritykset ovat samaan aikaan ostaneet louhintaoikeuksia monista muista maista.
Kiinan harvinaisten maametallien yhdistys antaa esimerkin ympäristövaikutuksista. Bayan Obossa Sisä-Mongoliassa, jossa liki puolet maailman harvinaisista maametalleista tuotetaan, ilmaan vapautuu 9 600–12 000 m3 jätekaasua – joka sisältää vetyfluoridihappoa, rikkidioksidia ja rikkihappoa – kutakin louhittua metallitonnia kohti. Lisäksi metallitonnia kohti muodostuu noin 75 m3 hapanta jätevettä ja tonni radioaktiivisia jätejäämiä.
Upeita kierrätettäviksi
Tässä asiassa on paljon tehtävissä, Christian Ekberg katsoo.
”Ensinnäkin metallit ovat aivan upeita materiaaleja kierrätettäviksi. Metallia ei voi tuhota (muutoin kuin radioaktiivisilla prosesseilla tai ydinreaktioilla), vain sen hapetusluku muuttuu. Näin ollen jos vain yksittäinen metalli pystytään eristämään irralleen monentyyppisestä jätteestä, alkuperäismetalli saadaan talteen.”
Ongelmana tässä on puhtaus. Metalli täytyy saada eristettyä sellaiseen hintaan ja sellaista laatua, että se pystyy kilpailemaan louhitun uuden materiaalin kanssa. Harvinaisista maametalleista saadaan nykyään kiertoon vain prosentti.
”Suomi ja Ruotsi kuuluvat luokan priimuksiin bulkkimetallien, esim. raudan ja kuparin, kierrätyksessä. Pieninä määrinä eri materiaaleissa esiintyviä harvinaisia metalleja on paljon vaikeampi saada erilleen kierrätykseen, minkä vuoksi meidän pitäisi keskittyä siihen”, sanoo Christian Ekberg, joka perusti aikoinaan Ruotsiin valtakunnallisen osaamiskeskuksen CCR:n (Competence Centre Recycling), muun muassa juuri tähän tarkoitukseen.
”Toisekseen”, hän sanoo, ”meidän täytyy ymmärtää, että EU:sta virtaa nykyään metalleja rahtilaivoilla Aasiaan elektroniikkaromun ja muun jätteen muodossa.”
”Se on metallihävikin lisäksi globaali ympäristökysymys, sillä monet aasialaiset kierrätysurakoitsijat eivät toteuta niitä ympäristö- ja työsuojelutoimia, joita me pidämme itsestään selvinä”, Christian Ekberg sanoo.
Laaja problematiikka
Materiaalien kierrätykseen liittyy tieteen kannalta hyvin laaja problematiikka. Jäte ei koostu vain metalleista vaan metallin, muovin, lasin ja muun suloisesta sekamelskasta.
Materiaalien ympäristöriskit vaihtelevat merkittävästi, ja eri tuotteiden koko elinkaari täytyy ottaa huomioon ennen kierrätysstrategian valintaa, Christian Ekberg toteaa.
”Jotta kierrätyshanke todella onnistuisi, tarvitaan monen alan osaamista. On oltava kokonaiskäsitys sekä niin ympäristön kuin taloudenkin näkökulmasta kestäviä kierrätysprosesseja.”
Christian Ekberg käyttää käsitettä ”punaisen listan” metallit.
”Usein puhutaan punaisen listan kalasta, siis kalalajeista, jotka alkavat käydä harvinaisiksi ja joita ei sen vuoksi pitäisi pyytää. Ensimmäinen askel kohti jonkinlaista sääntelyä on yleensä hinnannousu, mutta jos jokin laji alkaa kuitenkin lopuksi lähestyä olemassaolonsa kriittistä rajaa, tarvitaan lainsäädännöllisiä toimia.”
Hän on Stena Metallin tutkimuspäällikkö Christer Forsgrenin kanssa esittänyt tuotteille materiaaliselostetta:
”Materiaali-indeksi kuvaisi, miten paljon uusi tuote sisältää energiaa ja mahdollisesti harvinaisia materiaaleja. Silloin kävisi hyvin selvästi ilmi, kuinka todellinen ympäristöhyöty koituu siitä, että jatketaan vanhan ja toimivan koneen käyttöä tai monissa tapauksissa korjataan kone sen sijaan että hankitaan uusi.”
”Vasta kun olemme kulkeneet hyvän matkaa tätä alkukulutuksen vähentämisen tietä, voimme mitenkään uskottavasti väittää, että meillä on ympäristön suhteen hyvä omatunto.”
Huomisen akku
Christian Ekbergin ryhmittymä on jo jonkin aikaa tehnyt yhteistyötä Northvoltin kanssa. Northvolt valmistelee Ruotsin Skellefteåån litiumakkutehdasta sähköautoja ja energian varastointia varten.
Northvoltin lähtökohtana on akkujen suunnittelu siten, että niitä voidaan kierrättää. Chalmersissa on tätä varten rakenteilla pilottilaitos ns. hydrokemialliseen prosessiin perustuvaa kierrätystä varten.
Litium, koboltti ja nikkeli ovat nykyisten autonakkujen keskeisiä metalleja, mutta perustuvatko voitokkaat akkukonseptit niille tulevaisuudessakin, se on avoin kysymys.
”Kukaan ei tiedä. Monet väittävät keksineensä ratkaisun, esim. natriumpohjaiset akut. Mutta epävarmuustekijöitä on niin paljon, ettei kukaan tämän päivän autoteollisuudessa uskalla valita, mitä tekniikkaa lähtee noudattamaan. Ne odottelevat toistensa ratkaisuja. Kukaan ei halua veikata väärää hevosta”, Christian Ekberg sanoo.
Hän uskoo kuitenkin litiumin menestykseen.
”Litiumilla on hyvä energiarako [paljon energiaa litium-atomia kohti]. Litiumia on luonnossa aika paljon mutta usein valitettavasti vaikeapääsyisillä alueilla.”
”Samalla kannattaa tiedostaa, ettei uusi tekniikka ole aina pitkäikäistä. Muutama vuosi sitten markkinoille tuli lantanoideihin perustuvia energiansäästöloisteputkia. Pian sen jälkeen LED-tekniikka teki niistä vanhentuneita”, Christian Ekberg sanoo.
27 raaka-ainetta ”elintärkeitä” EU:lle
EU:n kolmannessa, viime syyskuussa julkaistussa ”ratkaisevan tärkeiden raaka-aineiden” raportissa tarkastellaan 78 eri materiaalia. Niistä 27 luokitellaan EU:lle elintärkeiksi, yhtäältä niiden puutteen vaaran ja toisaalta niiden suuren taloudellisen merkityksen vuoksi.
Kiina todetaan vaikutusvaltaisimmaksi maaksi mm. harvinaisissa maametalleissa (97 % maailman tuotannosta), magnesiumissa, tungstenissa, antimonissa, galliumissa ja germaniumissa. Platinametallien saanti on keskittynyt Venäjälle (palladium) ja Etelä-Afrikkaan (iridium, platina, rodium ja rutenium).
Esimerkkejä siitä, missä näitä metalleja tarvitaan:
- Matkapuhelimet – jopa 30 metallia, litium, koboltti, kulta, antimoni, kupari ym.
- Tietokoneet – jopa 60 raaka-ainetta, mm. indium näyttöruudussa, kupari ym.
- Akut – litium, nikkeli, lantaani ym.
- Energiansäästölamput – harvinaisia maametalleja, ts. yttrium, lantaani, cerium, europium, gadolinium ja terbium.
- Autojen katalysaattorit – platinametalleja.
- Tuulivoimalat ja sähkömoottorit – niiden kestomagneeteissa käytetään neodyymia, samariumia, gadoliniumia ja dysprosiumia.
- Aurinkokennot – mm. kupari, indium, gallium, seleeni.
Valtaosa maametalleista ei oikeastaan ole harvinaisia, mutta niitä esiintyy niin pieninä ja vaihtelevina pitoisuuksina malmissa, että louhinnasta aiheutuu suhteessa suuria ympäristövaikutuksia. Tuotantoa vaikeuttaa edelleen se, että metallien kemialliset ominaisuudet ovat samankaltaisia ja niitä on vaikea erottaa toisistaan.
Se selittää myös vähäistä kierrätysastetta. On vaikea saada taloudellisesti kannattavaksi prosessia, jossa erotellaan pieniä määriä metalleja, joilla on erilaisia ominaisuuksia.