Roczna produkcja globalna
Tlenek skandu
Sekret lekkich, spawalnych stopów
Czym jest tlenek skandu?
W swojej podstawowej postaci tlenek skandu jest miękkim, srebrzystobiałym metalem lekkim. Zwykle występuje jako produkt uboczny w przetwarzaniu rud zawierających uran lub inne metale ziem rzadkich. Tlenek skandu jest stosowany wszędzie tam, gdzie wymagane są szczególnie twarde, ale bardzo lekkie stopy. Są one wykorzystywane w budowie lekkich samochodów i rowerów, a także w lotnictwie. Stop aluminium i tlenku skandu „odchudza” samoloty o 15 do 20 procent w porównaniu do typowych modeli rynkowych. W chińskim przemyśle motoryzacyjnym stopy aluminium i skandu coraz częściej stają się standardem. Obecnie Europa nadal niechętnie inwestuje w tlenek skandu, ponieważ metale ziem rzadkich mogą być pozyskiwane tylko z kilku krajów. W dłuższej perspektywie europejski, a zatem także niemiecki przemysł motoryzacyjny, nie będzie w stanie obejść się bez lekkiego metalu, jeśli chce nadążyć za Chinami.
Każdy, kto lubi chodzić na stadiony piłkarskie, zna już inny efekt działania tlenku skandu: jego zdolność do świecenia (w reflektorach). Wreszcie, co nie mniej ważne, Scandium robi coś dla środowiska
- Stałotlenkowe ogniwa paliwowe z tym pierwiastkiem ziem rzadkich zmniejszają ślad CO2 związany z zasilaniem.
Główne obszary zastosowań
- Reflektory
- Lekkie stopy dla samolotów, podróży kosmicznych i samochodów
- Ogniwa paliwowe ze stałym tlenkiem
- Narzędzia do cięcia laserowego
- Magnetyczne przechowywanie danych
- Ekrany komputerów i telewizorów
- Ogniwa paliwowe ze stałym tlenkiem
- Elektrolizery dla ekologicznego wodoru
- Nadprzewodnik wysokotemperaturowy
Fakty na temat tlenku skandu
Roczna wielkość produkcji na całym świecie
Energia odnawialna może zwiększyć popyt do 72 ton w 2040 r.
Tlenek skandu jest niezbędny dla powodzenia transformacji energetycznej, ponieważ jest potrzebny do elektrolizy zielonego wodoru. Podobnie jak platyna, jest on stosowany w elektrolizerach, a zatem jest niezbędnym kluczowym minerałem w produkcji wodoru. Tlenek skandu jest również stosowany w ogniwach paliwowych ze stałym tlenkiem (SOFC) i ma lepszą przewodność oraz niższe temperatury pracy w elektrolizie ze stałym tlenkiem (SOEL).
Bosch planuje rozpocząć seryjną produkcję stałotlenkowych ogniw paliwowych od 2024 roku. Firmie udało się już znacznie zmniejszyć emisję CO2 w kilku projektach pilotażowych. W Salzgitter firma robi duże postępy w projekcie testowania zdecentralizowanego, przyjaznego dla środowiska zaopatrzenia w energię przy użyciu ogniw paliwowych ze stałym tlenkiem. Elementy paliwowe mogą być zasilane gazem ziemnym, biometanem, a w przyszłości także zielonym wodorem. Wytwarzają one energię elektryczną i ciepło w sposób przyjazny dla środowiska, z wydajnością elektryczną na poziomie 60% i ogólną wydajnością 85%, jeśli weźmie się pod uwagę generowane ciepło. Sprawność jest miarą wydajności i reprezentuje stosunek między wytworzoną energią elektryczną i cieplną a energią zużytego paliwa.
Globalna produkcja skandu wynosi od 20 do 30 ton rocznie. Jednak ze względu na ogromną ekspansję odnawialnych źródeł energii, zakłada się, że w 2040 r. luka podażowa wyniesie około 740% rocznej produkcji w 2018 roku. Ostrożne szacunki dotyczące zapotrzebowania na tlenek skandu na potrzeby zielonej energii w 2040 r. wahają się od 34 do 72 ton, jeśli wykorzystany zostanie zarówno tlenek skandu, jak i itr. Scenariusz zakładający niepodejmowanie żadnych działań doprowadziłby do rocznej produkcji na poziomie 38 ton w 2030 r., jeśli roczny wzrost będzie kontynuowany.
Górnictwo i wydobycie
Obecnymi źródłami są Chiny, Ukraina i Rosja. Na dnie Oceanu Arktycznego znajdują się również ogromne skorupy żelazowo-manganowe, które zawierają tlenek skandu – potencjalne źródło w przyszłości. Jednak rynek skandu jest obecnie wciąż zbyt mały, aby wykorzystać te guzki manganu, które znajdują się na głębokości od 1600 do 3000 metrów. Ten pierwiastek ziem rzadkich występuje w niewielkich ilościach w nawet 800 minerałach. Większość wydobywana jest z thortveitite, ale także z euxenite, gadolinite, scandium-oxiolite, bazzite i colbekite. Skand jest również często produktem ubocznym produkcji uranu, na przykład w Kazachstanie, Rosji i na Ukrainie. W Rosji jest on produkowany z apatytu i, podobnie jak w projektach wydobywczych Rio Tinto w Australii, również w produkcji aluminium z czerwonego błota podczas wydobywania boksytu. Na Filipinach tlenek skandu jest również wydobywany razem z niklem. Jednak większość tlenku skandu pochodzi z Chin.
Rynki rozwijające się
- Reflektory
- Stopy aluminium i skandu dla lekkich samolotów, samochodów i rowerów
- Ogniwa paliwowe na tlenek stały (SOFC)
- Elektrolizery dla ekologicznego wodoru
- Laser
- Magnetyczne przechowywanie danych (np. dyski twarde)
- Ekrany komputerów i telewizorów
- Dodatki w katalizatorach
Ciekawostka:
Międzynarodowemu zespołowi badawczemu udało się położyć podwaliny pod nową generację zegarów atomowych wykorzystujących tlenek skandu. Zamiast wykorzystywać rezonans napromieniowanych mikrofalami atomów cezu lub strontu jako zegar, naukowcy polegają teraz na rezonansie jąder atomowych tlenku skandu. Zegary atomowe były wcześniej dokładne z dokładnością do jednej sekundy na 15 miliardów lat, co czyniło je najdokładniejszymi instrumentami pomiaru czasu na świecie. Jednak nowe zegary skandowe stanowią kolejny ogromny skok: są dokładne z dokładnością do jednej sekundy na 300 miliardów lat. Nie ma już więc usprawiedliwienia dla notorycznych spóźnialskich.
