В современном мобильном телефоне содержится, ни много ни мало, сорок различных металлов. 20 лет назад в телефонном аппарате их могло быть всего два — медь и железо. Арифмометры и пишущие машинки в прошлом веке делали целиком из ванадиевой стали, а в современном домашнем компьютере содержится уже 60 различных металлов. Некоторые эксперты считают, что дефицит так называемых технологичных металлов наступит раньше, чем последняя капля нефти сгорит в двигателе автомобиля

Термин «технологичные металлы» ввел в обиход знаменитый американский аналитик рынка металлов Джек Лифтон. К этой группе относятся несколько десятков элементов периодической системы Менделеева: родий, марганец, кобальт, индий, ниобий, галлий, медь, тантал, палладий, платина, ванадий, титан, литий, теллур, селен, гафний, цирконий, рений, германий и 17 так называемых редкоземельных металлов во главе с лантаном. Все они обладают выдающимися свойствами и критически важны для наиболее наукоемких отраслей экономики. Понятие «критически важный» означает невозможность полноценной замены данного материала каким-либо другим без серьезных ухудшений свойств конечного продукта. Для каждой отдельной отрасли имеется свой перечень ключевых элементов. Так, например, для автоиндустрии это родий, палладий, платина, ванадий, неодим и лантан. Без германия, галлия, индия и европия невозможно представить производство полупроводников, волоконной оптики и электроники. Литий становится критически важным для индустрии компактных источников тока. Ниобий, молибден, вольфрам, тантал и рений применяются для создания специальных сталей и сверхтвердых сплавов. Изготовление высокоточной оптики немыслимо без лантана и полировального компаунда на основе оксида церия. Теллур, индий, галлий и селен незаменимы в солнечной энергетике. Без титана и рения ни один реактивный самолет не поднимется в небо. Список можно продолжать бесконечно долго, и с каждым годом он становится все длиннее.

Некоторые технологичные металлы имеют собственную рудную базу. Однако многие из них на сегодняшний день выгоднее получать в качестве попутных продуктов базовых металлов. Более того, есть отдельная группа металлов, которые являются попутными продуктами второго уровня. К примеру, в мире нет ни одного месторождения кобальта, галлия, индия, родия, германия, селена, теллура или рения. Их источниками служат медные, алюминиевые, цинковые и железные руды. Содержание попутных металлов в различных рудах может отличаться на порядки, и поэтому количественный выход продукта прогнозировать очень трудно. Даже если вы точно знаете, сколько в мире добыто меди, то это не означает, что можно точно рассчитать тоннаж попутного молибдена, а тем более рения, получаемого в свою очередь из молибденовых руд. Неэффективные или, напротив, передовые технологии производства базовых металлов зачастую приводят к потере драгоценных примесей.

Прожигаем платину

В 2008 году авторитетный эксперт Айвэн Херринг опубликовал список критически важных металлов для мировой экономики. Он состоит всего из пяти позиций: родий, молибден, платина, литий и группа редкоземельных металлов. Среди них только молибден и родий являются попутными продуктами производства базовых металлов. Остальные же имеют собственную рудную базу. Но это не означает, что все проблемы с поставками решены. Пожалуй, лишь молибден не доставляет головной боли технологическим компаниям. Спрос на него перекрывается предложением, и при необходимости оно может быть быстро увеличено. Остальные металлы по разным причинам входят в группу риска.

Наиболее острая ситуация складывается с родием и платиной. Эти два металла в природе встречаются только вместе. Мировое производство родия, стоимость которого равна фантастическим $9000 за тройскую унцию (чуть больше 31 г), составляет примерно 50 т в год и практически достигло пика. Новых месторождений нет, а крупнейшие в мире шахты по добыче металлов платиновой группы в районе рифа Меренского в Южной Африке работают на пределе возможностей. Каждый современный автомобиль оснащается катализатором, в котором содержатся родий и платина. Количество автомобилей растет, и, по оценкам экспертов, к 2015 году мировой автопарк удвоится, а следовательно, удвоится и спрос на родий. Рециклинг родия и платины невозможен, так как в катализаторах они просто выгорают. Многочисленные попытки ученых создать заменители для родия и платины пока не дали результата.

Казалось бы, постепенная электрификация автотранспорта должна привести к уменьшению количества автомобилей с катализаторами. Однако истинность громких заявлений автокомпаний о скором начале массового производства электромобилей вызывает сомнения. Альтернативная автоиндустрия сидит на таком же коротком металлическом поводке, что и остальной хайтек. Материал, из которого выкован поводок, называется неодим. Он богато украшен шипами из лантана, инкрустацией из лития и привязан к столбу, находящемуся в Байян-Обо. Именно там, в китайской провинции Внутренняя Монголия, расположено крупнейшее в мире месторождение редкоземельных металлов. Суммарное количество редкоземов, добываемое в Байян-Обо, составляет 125 000 т в год, в том числе 20 000 т неодима и 40 000 т лантана.

Хранители энергии

Чтобы усомниться в скорой экспансии электромобилей и гибридов, достаточно взглянуть на никель-металлогидридную батарею Toyota Prius. Аккумулятор последнего поколения содержит минимум 12 кг лантана, 30 кг никеля и 2 кг кобальта. Аккумулятор новейшего гибрида Honda Insight состоит из тех же материалов в тех же пропорциях. Toyota и Honda, два наиболее эффективных автопроизводителя в мире, заявляют, что к 2012 году 10% всех производимых ими автомобилей будут гибридными. К 2015 году доля гибридов должна вырасти до 25%. Кроме того, на свой кусок гибридного пирога претендуют General Motors, Ford и многие другие компании, включая китайские. Однако уже в текущем году спрос японских компаний может превысить мировое предложение лантана. Предусмотрительные японцы в течение последнего десятилетия целенаправленно создавали у себя складские запасы редкоземельных металлов и, как считает Джек Лифтон, за счет этого могут работать автономно не менее двух лет.

Что же делать дальше? В краткосрочной перспективе рециклинг батарей не поможет. Никель-металлогидридные батареи потрясающе долговечны: с 1999 года Toyota продала уже более миллиона гибридов, но аккумуляторы этих автомобилей работают до сих пор практически без нареканий. Автомобили имеют спрос на вторичном рынке, а значит, батарей для переработки просто нет. Даже если Китай удвоит производство лантана к 2015 году, то западным компаниям не следует рассчитывать на рост предложения: к этому времени весь лантан будет потребляться внутри Китая. В расчетах не учитываются потребности в этом металле со стороны предприятий нефтеперерабатывающего комплекса — а между тем лантан служит катализатором для крекинга нефти. Альтернатива китайским поставкам есть: богатейшее месторождение Маунтин-Пасс в горах пустыни Мохаве (США), австралийские Дуббо и Арафура, перспективные районы в Канаде и Центральной Африке. Но для наращивания существующих мощностей нужно не менее десяти лет.

На сегодняшний день самым перспективным материалом для мобильных источников энергии считается литий. Геологи утверждают, что лития в земной коре навалом, а автомобильный аккумулятор содержит всего 1 кг этого металла. К сожалению, содержание элементов в земной коре сродни средней температуре по больнице. Толщина земной коры составляет 40 км (в среднем, для континентов). Человечество же способно углубиться в нее в лучшем случае на километр-полтора. Все, что находится ниже, недосягаемо для нас.

Крупнейшее месторождение лития расположено вдалеке от цивилизации, в Боливии. 73 млн тонн карбоната лития, или 55% разведанных извлекаемых запасов, щедрой рукой матушки-природы рассыпаны на площади 12 000 км² соляной пустыни — солончака Уюни. Производство представляет собой простое выпаривание материала из водного раствора под лучами солнца в течение полутора лет. Строительство обогатительных фабрик не имеет смысла, так как при этом цена конечного продукта становится запредельной. Правительство страны рассматривает солончак Уюни и литий как единственный шанс вырваться из кромешной нищеты и требует от всех потенциальных инвесторов создания полного цикла производства внутри Боливии. Литий сможет покидать пределы этой страны только в виде литий-ионных аккумуляторов, установленных на готовые электромобили или гибриды. Пока все, что связано с литием, является делом отдаленной перспективы. Нынешний спрос на металл полностью обеспечен предложением. Годовая добыча его составляет 25 000 т, из которых почти половину дает чилийское месторождение. Высокая стоимость аккумуляторов и довольно «сырая» технология делают подобные источники энергии неконкурентоспособными в сравнении с никель-металлогидридными аналогами. Тем не менее будущее, несомненно, за литием.

Городские шахты

В последнее время одним из ценнейших источников технологических металлов становятся так называемые городские шахты — лом электронных приборов, мобильных телефонов, компьютеров, автомобилей. К примеру, мировая добыча первичного германия, используемого в качестве катализатора для синтеза PET-пластмасс и изготовления оптического волокна, составляет примерно 100 т. Еще 35 т в год дает вторичная переработка лома электронных приборов. Более 80% спроса на индий формируется за счет предприятий, выпускающих ЖК-мониторы, плазменные телевизоры и светодиоды. Еще 11% используется для производства специальных сплавов. При этом мировая добыча первичного индия составляет лишь 50% рыночного предложения, или примерно 500 т. Остальная половина — вторичный металл, получаемый при переработке лома.

В ближайшее время эксперты прогнозируют резкий рост спроса на галлий в Японии, Корее и Китае. Дело в том, что в промышленности полупроводников назревает вторая технологическая революция благодаря открытию уникальных электрохимических свойств арсенида галлия. Алюминиевое производство — это единственный источник первичного галлия, однако содержание металла в бокситах настолько ничтожно, что годовая добыча галлия не превышает 100−120 т из 39 млн тонн выплавленного алюминия. Доля вторичного галлия на рынке достигает 50%.

Если прорывные технологии будут появляться на свет такими темпами, то вполне возможно, что купленный сегодня компьютер с годами будет расти в цене, как хорошее вино. Это, конечно же, шутка, однако в ней есть немалая доля правды.

Статья опубликована в журнале «Популярная механика» (№5, Май 2009).