エネルギー転換にはより多くのレアアース元素が必要になります。 持続的にそれらを確保できるでしょうか?

カリフォルニア州のマウンテンパス鉱山は、米国で唯一現在稼働しているレアアース採掘・加工施設である 写真: Tmy350

地球の気温上昇を1.5℃またはそれに近い温度に抑えるには、すべての国が脱炭素化、つまり化石燃料の使用を削減し、炭素ゼロの再生可能エネルギー源に移行し、できるだけ多くの部門を電化する必要があります。 それには膨大な数の風力タービン、ソーラーパネル、電気自動車（EV）、蓄電池が必要となるが、これらはすべてレアアースや重要な金属で作られている。

エネルギー遷移に重要な元素には、17 種類の希土類元素、15 種類のランタニド、さらにスカンジウムとイットリウムが含まれます。 多くの希土類金属は実際にはありふれたものですが、簡単または経済的に抽出できるほど十分な量がめったに見つからないため、「希少」と呼ばれます。

希土類元素表。 画像: イヴトロフ

シリコン、コバルト、リチウム、マンガンなどの元素はレアアース元素ではありませんが、エネルギー転換にも不可欠な重要な鉱物です。

これらの膨大な量の鉱物を持続可能な方法で供給することは大きな課題ですが、科学者たちは、人々や地球への害を少なくしながら、エネルギー転換のための材料を提供するさまざまな方法を模索しています。

希土類元素の需要は今後数十年間で400～600パーセント増加すると予想されており、EVのバッテリーに使用されるリチウムやグラファイトなどの鉱物の需要は4,000パーセントも増加する可能性がある。 ほとんどの風力タービンは、ネオジム-鉄-ホウ素磁石を使用しています。この磁石には、磁石を強化するために希土類元素のネオジムとプラセオジムが含まれており、減磁に対する耐性を高めるためにジスプロシウムとテルビウムが含まれています。 ネオジムの世界需要は 2050 年までに 48% 増加すると予想され、2030 年までに予測供給量を 250% 上回ると予想されています。プラセオジムの需要は供給量を 175% 上回る可能性があります。 テルビウムの需要も供給を上回ると予想されます。 また、2035 年までに予想される黒鉛、リチウム、ニッケル、コバルトの需要を満たすには、384 個の新たな鉱山が必要になるとの分析もありました。

中国はかつて世界のレアアース元素の９７％を供給していた。 政府の支援、安い労働力、緩い環境規制、そして低価格により、レアアースメタルの生産を独占することができた。 現在、中国は世界のレアアース元素の60～70％を生産しており、アフリカでの採掘権も確保している。 米国は 14 パーセント強を生産し、オーストラリアは 6 パーセントのレアアース元素を生産します。

2018年、米国は21種類の重要な鉱物を他国に100パーセント依存していた。 中国が紛争で日本へのレアアース元素の輸出を停止した後、多くの国が一つの市場に依存することの政治的、経済的影響を懸念し、独自のレアアース元素生産の開発を始めた。 バイデン政権はレアアース金属や重要鉱物の国内サプライチェーンの発展を優先している。

採掘は、土地、水、大気の汚染、有毒廃棄物の拡散、水の枯渇、森林破壊、生物多様性の損失、社会的混乱を引き起こすことがよくあります。 連邦および州の環境規制の対象となっているという事実にもかかわらず、金属採掘は米国で最大の有毒汚染物質となっている

レアアース元素の抽出方法のせいで、環境破壊を引き起こさずにレアアース元素を採掘することは困難です。 1 つの方法では、表土を除去し、化学物質を使用して鉱石からレアアース元素を分離する浸出プールを作成します。 有毒化学物質は地下水に浸透し、浸食を引き起こし、大気を汚染する可能性があります。 もう 1 つの手法は、地面にドリルで掘削し、PVC パイプとホースを使用して化学物質を地中に注入することです。 得られた混合物は分離のために浸出池にポンプで送られ、同じ環境問題が生じます。

モンタナ州ビュートにある尾鉱池。 写真: ジェームス・セント・ジョン

さらに、レアアース元素は放射性トリウムやウランの近くで見つかることが多いため、レアアース元素が鉱石から分離された後に残る廃棄物、つまり尾鉱には化学物質、塩、放射性物質が含まれています。 尾鉱は通常、池に保管されており、漏出して水資源を汚染する可能性があります。