Roczna światowa produkcja
Tlenek skandu
Sekret lekkich stopów nadających się do spawania
Czym jest tlenek skandu?
W swojej podstawowej postaci tlenek skandu jest miękkim, srebrzystobiałym metalem lekkim. Występuje głównie jako produkt uboczny podczas przetwarzania rud uranu lub innych pierwiastków ziem rzadkich. Tlenek skandu znajduje zastosowanie wszędzie tam, gdzie wymagane są stopy o wyjątkowej twardości, a jednocześnie bardzo lekkie. Znajdują one zastosowanie w produkcji lekkich samochodów i rowerów, a także w lotnictwie. Stop aluminium i tlenku skandu „odciąża” samoloty o 15 do 20 procent w porównaniu z typowymi modelami dostępnymi na rynku. W chińskim przemyśle motoryzacyjnym stopy aluminium i skandu stają się coraz bardziej powszechne. Europa nadal waha się przed zbyt dużymi inwestycjami w tlenek skandu, ponieważ ten pierwiastkiem ziem rzadkich można pozyskać jedynie z kilku krajów pochodzenia. W dłuższej perspektywie europejski, a tym samym również niemiecki przemysł motoryzacyjny, nie będzie w stanie obejść się bez tego lekkiego metalu, jeśli chce dotrzymać kroku Chinom.
Każdy, kto lubi chodzić na stadiony piłkarskie, zna już inne zastosowanie tlenku skandu: jego zdolność do świecenia (w świetle reflektorów). Co więcej, skand ma również pozytywny wpływ na środowisko.
- Ogniwa paliwowe z tlenkiem stałym zawierające ten pierwiastek z grupy metali ziem rzadkich zmniejszają ślad węglowy związanego z wytwarzaniem energii.
Główne zastosowania
- Systemy oświetlenia punktowego
- Lekkie stopy do zastosowań w lotnictwie, przemyśle lotniczo-kosmicznym i motoryzacji
- Ogniwa paliwowe z tlenkiem stałym
- Narzędzia do cięcia laserowego
- Magnetyczne nośniki danych
- Ekrany komputerów i telewizorów
- Ogniwa paliwowe z tlenkiem stałym
- Elektrolizery do produkcji ekologicznego wodoru
- Nadprzewodniki wysokotemperaturowe
Ciekawostki dotyczące tlenku skandu
Roczna wielkość produkcji na świecie
Energia odnawialna mogłaby spowodować wzrost zapotrzebowania do 72 ton do 2040 roku
Tlenek skandu jest niezbędny do pomyślnej realizacji transformacji energetycznej, ponieważ jest potrzebny do elektrolizy ekologicznego wodoru. Podobnie jak platyna, znajduje zastosowanie w elektrolizerach i dlatego stanowi kluczowy minerał w produkcji wodoru. Tlenek skandu jest również wykorzystywany w ogniwach paliwowych z tlenkiem stałym (SOFC) i wykazuje lepszą przewodność oraz niższe temperatury robocze w elektrolizie z wykorzystaniem tlenku stałego (SOEL).
Firma Bosch planuje rozpocząć seryjną produkcję ogniw paliwowych z tlenkiem stałym od 2024 roku. W ramach kilku projektów pilotażowych firmie udało się już znacznie ograniczyć emisję CO₂. W Salzgitter firma osiąga znaczne postępy w projekcie mającym na celu przetestowanie zdecentralizowanego, przyjaznego dla środowiska systemu zaopatrzenia w energię z wykorzystaniem ogniw paliwowych z tlenkiem stałym. Elementy paliwowe mogą być zasilane gazem ziemnym, biometanem, a w przyszłości również zielonym wodorem. W ten sposób wytwarzają energię elektryczną i ciepło w sposób ekologiczny, osiągając sprawność elektryczną na poziomie 60% oraz sprawność całkowitą wynoszącą 85%, jeśli uwzględni się wytworzone ciepło. Sprawność jest miarą wydajności i stanowi stosunek energii elektrycznej oraz cieplnej wytworzonej do energii zużytego paliwa.
Światowa produkcja skandu wynosi od 20 do 30 ton rocznie. Jednak ze względu na gwałtowny rozwój energii odnawialnych przewiduje się, że w 2040 r. wystąpi niedobór podaży wynoszący około 740% rocznej produkcji z 2018 r. Ostrożne szacunki dotyczące zapotrzebowania na tlenek skandu w sektorze zielonej energii w 2040 r. wahają się od 34 do 72 ton, przy założeniu wykorzystania zarówno tlenku skandu, jak i itru. W scenariuszu zakładającym utrzymanie dotychczasowego stanu rzeczy roczna produkcja w 2030 r. wyniosłaby 38 ton, o ile roczny wzrost utrzymałby się na obecnym poziomie.
Górnictwo i wydobycie
Obecnie surowiec ten pochodzi z Chin, Ukrainy i Rosji. Na dnie Oceanu Arktycznego znajdują się również ogromne skorupy żelazowo-manganowe zawierające tlenek skandu – potencjalne źródło surowca na przyszłość. Jednak rynek skandu jest obecnie wciąż zbyt mały, aby uzasadnić wydobycie tych guzków manganowych znajdujących się na głębokościach od 1 600 do 3 000 metrów. Ten pierwiastkiem ziem rzadkich występuje w niewielkich ilościach w nawet 800 minerałach. Większość pozyskuje się podczas wydobycia tortweitytu, ale również z euxenitu, gadolinitu, skandium-iksiolitu, bazzitu i kolbeckitu. Skandium jest również często wytwarzane jako produkt uboczny produkcji uranu, na przykład w Kazachstanie, Rosji i na Ukrainie. W Rosji pozyskuje się go z apatytu, a także – podobnie jak w przypadku projektów wydobywczych Rio Tinto w Australii – podczas produkcji aluminium z czerwonego szlamu powstającego przy wydobyciu boksytu. Na Filipinach tlenek skandu wydobywa się również wraz z niklem. Jednak większość tlenku skandu pochodzi z Chin.
Rynki rozwijające się
- Systemy oświetlenia punktowego
- Stopy aluminium i skandu, stosowane w lekkich samolotach, samochodach i rowerach
- Ogniwa paliwowe z tlenkiem stałym (SOFC)
- Elektrolizery do produkcji ekologicznego wodoru
- Lasery
- Magnetyczne nośniki danych (np. dyski twarde)
- Ekrany komputerów i telewizorów
- Dodatki w katalizatorach
Ciekawostka:
Międzynarodowemu zespołowi badawczemu udało się stworzyć podstawy dla nowej generacji zegarów atomowych wykorzystujących tlenek skandu. Zamiast wykorzystywać rezonans atomów cezu lub strontu poddanych działaniu mikrofal jako mechanizm zegarowy, naukowcy opierają się na rezonansie jąder atomowych tlenku skandu. Dotychczasowe zegary atomowe charakteryzowały się dokładnością rzędu jednej sekundy na 15 miliardów lat, co czyniło je najdokładniejszymi przyrządami pomiaru czasu na świecie. Jednak nowe zegary skandowe stanowią kolejny ogromny krok naprzód: ich dokładność wynosi jedną sekundę na 300 miliardów lat. Nie ma więc już żadnej wymówki dla notorycznych spóźnialskich.
