Terre rare: chi osa sfidare la Cina?

Il monopolio cinese sugli elementi chimici indispensabili alle turbine eoliche costituisce un serio problema di sicurezza degli approvvigionamenti energetici internazionali, ma emanciparsi dal Dragone e costruire una catena del valore indipendente non è una cosa semplice. Alcuni attori internazionali come Hitachi Metals e Lynas Corp sarebbero in grado di competere, tuttavia rischiano di scontrarsi con una leadership basata sul monopolio dei brevetti e della capacità di separazione e conversione delle terre rare in metalli e leghe. Il supporto pubblico alla ricerca è indispensabile, dato che anche il governo cinese sostiene il settore con massicce sovvenzioni.

È ormai noto alle cronache che la Cina detiene un monopolio sulle ‘terre rare’, Rare Earth Elements (REE), elementi definiti anche ‘vitamine industriali’ perché insostituibili in molti ambiti strategici.

In realtà, non tutte le terre rare rivestono la stessa importanza, e non sono nemmeno così rare: sono semplicemente complesse da separare per ottenere dei prodotti commerciali poiché, non essendo metalli puri, si trovano in basse concentrazioni nelle rocce.

Con una produzione annua di poco superiore a 150.000 ton, il giro d’affari delle terre rare impiegate nei settori hi-tech e degli armamenti raggiunge cifre pari a qualche miliardo di dollari.

Tra questi 17 elementi, solo alcuni rivestono un ruolo centrale nelle tecnologie verdi, in particolare neodimio (Nd), praseodimio (Pr), terbio (Tb) e disprosio (Dy), altrimenti noti come ‘terre rare magnetiche’. Non è infatti possibile costruire una turbina eolica senza magneti permanenti in neodimio-ferro-boro (NdFeB).

Con una produzione mondiale di circa 150.000 ton/a, il giro d’affari delle terre rare raggiunge alcuni miliardi di dollari

La Cina produce oltre l’85% dei magneti che entrano nelle turbine eoliche, comprese quelle dei suoi concorrenti. Per capire le ragioni del monopolio cinese e ipotizzare eventuali strategie di approvvigionamento indipendenti per UE e USA, è necessario analizzare distintamente due aspetti: l’attuale catena del valore e i brevetti relativi agli utilizzi di questi metalli e leghe.

La supply chain delle terre rare

La catena del valore delle terre rare si può condensare in tre parti:

(I) estrazione e produzione dei concentrati;
(III) separazione e conversione in metalli e leghe;
(III) realizzazione in prevalenza manifatturiera di prodotti commerciali (es. magneti permanenti).

Nella prima parte, dopo la frantumazione del minerale grezzo, solitamente con una percentuale inferiore al 10% TREO (total rare earth oxides), si passa ai processi di arricchimento per rimuovere i minerali di ganga, producendo un concentrato oggetto di ulteriori trattamenti.

In questa fase la percentuale passa al 40-70% REO (rare earth oxide basis) ma il suo valore commerciale è ancora limitato: sensibilmente inferiore a 10.000 euro/ton. Questo è dovuto al fatto che gli ossidi non sono ancora stati separati e pertanto sono presenti anche elementi con un limitato valore commerciale. Oggi molti impianti estrattivi nel mondo, come quello storico di Mountain Pass, devono inviare il minerale a questo stadio in Cina perché venga completata la produzione.

Molti impianti estrattivi come Mountain Pass non sono in grado di completare la produzione senza passare dalla Cina

La seconda parte inizia con la separazione degli ossidi al fine di ottenere ossidi puri al 99,9%, dove per elementi come il neodimio il valore passa a oltre 37.000 euro/ton e si completa con la produzione di polveri metalliche, metalli, come lantanio e neodimio, o leghe come neodimio-praseodimio-ferro-boro (NdPrFeB).

Questa fase è oggi completamente controllata dalla Cina, che sostiene la ricerca in questo ambito con massicce sovvenzioni governative. È da questa fase che derivano quelle polveri utilizzate nella fabbricazione di oggetti mediante sinterizzazione, un processo che rispetto alla metallurgia tradizionale consente di ottenere leghe che diversamente segregherebbero durante la fusione.

La guerra dei brevetti

La Cina rilascia ogni anno più brevetti per la produzione e l’impiego di terre rare rispetto all’insieme degli altri paesi. Entro il 2021 avrà accumulato più brevetti di quanti il resto del mondo abbia mai rilasciato.

Le domande di brevetto sono un indicatore della spesa in ricerca e sviluppo e possono prefigurare i progressi incrementali e di prossima generazione nei prodotti derivati dalle terre rare della Cina.

Le applicazioni brevettate dalla Cina coprono ormai i più svariati ambiti di utilizzo: dalle formulazioni che consentono di abbassare il contenuto di elementi delle terre rare mantenendo la medesima potenza magnetica dei suoi prodotti, alle leghe di magnesio dove l’aggiunta di elementi come lantanio, praseodimio, cerio e ittrio migliora in modo determinante la loro duttilità e resistenza alle alte temperature.

Queste leghe, oltre ad essere facili da riciclare, sono fino a un terzo più leggere di quelle di alluminio e con la loro resistenza alle vibrazioni e alle radiazioni elettromagnetiche trovano uso in applicazioni aerospaziali, nelle auto, nelle attrezzature ferroviarie, in telefoni cellulari e computer.

Non c’è dubbio che la Cina sia molto più avanti di chiunque altro al mondo in termini di proprietà intellettuale e conoscenza sulle terre rare, sia sul lato della lavorazione dei materiali che sulle applicazioni a valle, ma anche il Dragone ha la sua spina nel fianco: l’azienda giapponese Hitachi Metals.

Oggi, infatti, esistono due brevetti originali per produrre magneti NdFeB sinterizzati utili nell’industria eolica: uno di Hitachi Metals, l’altro detenuto dalla Neo Materials (Magnequench) di proprietà cinese, acquisito dalla General Motors.

Solo la giapponese Hitachi Metals può affrontare il colosso cinese sul campo dei brevetti per i magneti delle turbine eoliche

La produzione giapponese rimane leader in termini di qualità del prodotto, anche se i produttori cinesi hanno rapidamente raggiunto i produttori giapponesi sin dal 2010, superandoli poi in capacità produttiva e costi di produzione, inferiori grazie all’efficienza della loro catena di approvvigionamento, minori costi energetici e di manodopera.

Il mondo ha tremato quando l’Hitachi Metals è stata messa in vendita, poiché tra i possibili acquirenti si è presentato Zhong Ke San Huan Hi-Tech di Pechino. La vendita al gruppo guidato da Bain Capital, che fa parte di un consorzio che comprende Japan Industrial Partners e Japan Industrial Solutions, ha allontanato la possibilità che la Cina conquistasse il monopolio assoluto per i magneti NdFeb.

Quanto all’attività produttiva, la Cina resta invece l’unico paese in grado di separare le terre rare pesanti.

L’investimento per la creazione di una catena di approvvigionamento alternativa a quella cinese per la produzione di magneti richiede un forte sforzo economico da parte di un gruppo di clienti che, con il supporto del governo, possano impegnarsi a un accordo di prelievo per un periodo medio lungo includendo un prezzo minimo garantito oltre al tempo necessario a completare l’assetto industriale.

È necessaria una catena integrata: le sei fasi del processo dalla materia prima all’ossido, dal metallo alla lega fino al magnete non devono essere in competizione economica tra loro perché questo potrebbe rendere insostenibile l’intera operazione.

Lato produzione, solo l’australiana Lynas e le aziende USA Blue Line e MP Materials potrebbero costruire insieme una catena del valore alternativa

Un’ipotetica catena del valore potrebbe essere basata sull’unica realtà operante al di fuori della Cina, l’australiana Lynas Corp. In joint venture con l’americana Blue Line, costruirà un impianto di separazione di terre rare pesanti in Texas per la produzione di ossidi di terre rare. L’eventuale acquisizione di Hitachi Metals costituirebbe l’ultimo anello per rafforzare la sua posizione.

In questa catena può sicuramente trovare posto anche MP Materials, il consorzio che ha rilevato la storica miniera di Mountain Pass in California, che gode di importanti finanziamenti.

Una soluzione priva del supporto governativo si troverebbe a fare i conti con le aziende consumatrici improntate al massimo ribasso, che non esiterebbero a rifornirsi dalla Cina a fronte di prezzi inferiori e ai rischi di ritorsioni commerciali cinesi, come già accaduto nel 1996, quando un’inondazione di ossidi di terre rare cinesi invase il mercato facendo precipitare i prezzi e segnò la fine di Mountain Pass che non poteva competere, soprattutto a causa dei crescenti costi ecologici della miniera.

Il supporto pubblico è indispensabile per recuperare terreno, così come il governo cinese sostiene la ricerca con massicce sovvenzioni

Perché, per quanto nel complesso parte del minor costo che la Cina è in grado di ottenere sia il risultato di standard di salute e sicurezza ambientale meno rigorosi, è anche vero che oggi non è più il fattore prevalente: l’elaborazione cinese ha comunque un’efficienza superiore.

Solo se i governi, le grandi società e i consumatori globali manterranno una costante attenzione sui ridotti standard ambientali della Cina, accettando queste sfide con un approccio a lungo termine, riusciranno a vincere la competizione sul loro stesso terreno.

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Giovanni Brussato è ingegnere minerario e autore del volume Energia verde? Prepariamoci a scavare, ed. Montaonda

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