Постоянные магниты, содержащие такие важные элементы, как неодим, празеодим, тербий и диспрозий, широко используются в электродвигателях электромобилей и генераторах ветряных турбин. По мере того, как использование редкоземельных элементов в этих магнитных приложениях становится все более распространенным, отслужившие свой срок магниты станут ключевым альтернативным источником критически важных редкоземельных материалов по сравнению с первичными минеральными источниками. По прогнозам IDTechEx, к 2045 году из вторичных источников, таких как двигатели с постоянными магнитами, будет извлечено критически важных редкоземельных элементов на сумму 1,2 миллиарда долларов.

Почему редкоземельные магниты важны?

В 2023 году на магнитные применения приходилось 29% мирового спроса на редкоземельные элементы по весу. Постоянные редкоземельные магниты, в частности неодимовые (NdFeB) и самариево-кобальтовые магниты, используются для преобразования электрической и кинетической энергии. Таким образом, редкоземельные магниты широко применяются в электродвигателях электромобилей и генераторах ветряных турбин. Другие распространенные области применения включают приводы жестких дисков, медицинское оборудование, такое как аппараты МРТ, и аудиоколонки.

Глобальный спрос на редкоземельные элементы для распространенных применений магнитов. Источник: IDTechEx

Приближающиеся международные климатические цели, зависящие от декарбонизации энергетических и транспортных технологий, стимулируют спрос на редкоземельные постоянные магниты. Двигатели с редкоземельными постоянными магнитами, используемые в электромобилях, как правило, обеспечивают самую высокую мощность, удельный крутящий момент и эффективность, а также низкие производственные затраты по сравнению с конкурирующими технологиями двигателей. В результате двигатели с редкоземельными магнитами удерживают более 77% рынка электродвигателей в течение последних девяти лет. IDTechEx прогнозирует, что к 2035 году количество используемых электродвигателей удвоится.

Влияние проблем с поставками редкоземельных элементов на магниты

Высокая региональная концентрация поставок редкоземельных элементов и мощностей по их переработке представляет собой постоянный риск для рынка магнитов. Китай ежегодно перерабатывает более 90% мировых редкоземельных элементов; для тяжелых редкоземельных элементов, таких как диспрозий и тербий, этот показатель составляет почти 100%. Эта региональная концентрация поставок распространяется и на последующие этапы производства, где 92% производства магнитных сплавов с высокой добавленной стоимостью (например, NdPr и NdFeB) и производство магнитов осуществляется в Китае.

Цены на основные магнитные материалы в последние годы были нестабильными из-за проблем с поставками редкоземельных элементов. В 2011 году введенные Китаем экспортные ограничения на редкоземельные элементы привели к более чем семикратному росту цен на неодим, а на диспрозий — примерно на 2000%. Совсем недавно, в 2022 году, цены на редкоземельные элементы достигли пика, примерно в четыре раза превысив свой восьмилетний средний уровень. Потенциальная дальнейшая волатильность цен продолжает представлять значительный риск для рынков редкоземельных магнитов на фоне растущего спроса.

Недавний запрет Китая на экспорт технологий извлечения и разделения редкоземельных элементов повысил интерес рынка к альтернативным источникам прекурсоров для магнитов. В сентябре 2024 года Новая Зеландия стала последней страной, включившей редкоземельные элементы в список критически важных материалов, присоединившись к ЕС, США, Великобритании, Японии и другим. Появление списков критически важных материалов по всему миру подчеркивает растущий спрос на развитие внутренних мощностей по производству и переработке редкоземельных критически важных материалов.

Как можно извлечь редкоземельные элементы из магнитов по истечении срока их службы?

Ограниченная доступность первичных редкоземельных минералов во многих регионах делает отслужившие свой срок магниты ключевым альтернативным источником критически важных редкоземельных элементов. Постоянные магниты могут содержать больше редкоземельных элементов, чем многие первичные минеральные источники. Например, магнит из сплава NdFeB содержит приблизительно 33% по весу редкоземельных элементов, включая до 31% неодима. В отличие от этого, добываемые минералы с низким содержанием редкоземельных элементов обычно содержат около 1% по весу.

Стартапы применяют различные подходы к извлечению неодима, празеодима, тербия и диспрозия из магнитов по истечении срока их службы.

Процессы длительного цикла извлечения позволяют извлекать, разделять и восстанавливать критически важные редкоземельные элементы из магнитов в виде изолированных оксидов редкоземельных элементов. Такие компании, как Ionic Technologies, Carester и Shin-Etsu Chemical, разрабатывают традиционные технологии экстракции с использованием растворителей, в то время как ReElement использует хроматографический процесс разделения для извлечения редкоземельных элементов из магнитов с уменьшенным использованием растворителей.

Одним из преимуществ долговременного извлечения редкоземельных элементов является возможность дополнения этих процессов первичным минеральным сырьем при необходимости. Кроме того, возможность продажи выделенных оксидов редкоземельных элементов на различных рынках применения (помимо магнитов) помогает поддерживать бизнес-модели на ранних этапах, пока формируются потоки переработки магнитов.

Критически важное извлечение редкоземельных элементов из отслуживших свой срок магнитов в краткосрочной и долгосрочной перспективе. Источник: IDTechEx

Технология короткого цикла переработки напрямую перерабатывает редкоземельные магниты, превращая их в чистый магнитный материал вторичной переработки. Компания Noveon Magnetics использует порошковую металлургию, высокотемпературный процесс спекания, для переработки отслуживших свой срок магнитов и преобразования их в новые магниты, сохраняющие 84% своей первоначальной магнитной силы. Компания HyProMag, с другой стороны, использует процесс водородного декрепитирования (реакция с газообразным водородом) для извлечения чистого сплава NdFeB из отслуживших свой срок редкоземельных магнитов.

По оценкам IDTechEx, в 2024 году с использованием процессов с коротким циклом будет переработано 195 тонн редкоземельных магнитов. По мере того, как использование редкоземельных элементов становится все более распространенным в магнитотехнике, ожидается, что процессы с коротким циклом станут все более привлекательными стратегиями переработки благодаря их большей энергетической и химической эффективности по сравнению с решениями с длинным циклом.

Выводы и прогнозы по рынку

Электрификация автопарков по всему миру продолжает стимулировать спрос на редкоземельные магниты. Маловероятно, что этот спрос снизится — поскольку Китай является крупнейшим рынком электромобилей, ожидается, что двигатели с редкоземельными постоянными магнитами сохранят большую часть своей рыночной доли. Хотя критически важные мощности по переработке редкоземельных элементов и обработке магнитов в обозримом будущем останутся сосредоточены в Китае, это открывает явные возможности для развития альтернативных источников редкоземельных элементов, в частности, для переработки самих магнитов.

По прогнозам IDTechEx, к 2045 году ежегодно из вторичных источников можно будет извлекать критически важных редкоземельных элементов на сумму 1,2 миллиарда долларов, а стоимость извлекаемых редкоземельных элементов, как ожидается, будет расти со среднегодовым темпом роста в 14,9%. Вопрос о том, какие стратегии извлечения — долгосрочные или краткосрочные — более подходят, пока не решен. Одна из текущих целей стартапов по переработке редкоземельных элементов — разработка устойчивых бизнес-моделей до тех пор, пока не будут доступны значительные объемы отработанного материала для переработки. В этом отношении компании, использующие долгосрочные стратегии переработки, находятся в выгодном положении, поскольку крупные игроки в настоящее время дополняют сырье отходами горнодобывающей промышленности и другими первичными минералами с небольших рудников в Северной Америке, Австралии и Центральной Африке.

Автор: д-р Джек Хоули, технологический аналитик компании IDTechEx