ros

mocht dat echt los lopen dan zullen deze metalen iig duurder.schaarser gaan worden.

Natuurlijk is dat lastig in te schatten. Zelfs onmogelijk, want uitvindingen zijn niet te voorspellen, de penetratiesnelheid ervan nog minder. Ik ben betrokken als adviseur van bedrijven en overheden. Hoofdboodschap: laat duurzame innovatie niet alleen aan marktkrachten over, want die reageren te langzaam om grote tekorten te voorkomen. Pas waar mogelijk het voorzorgbeginsel toe door eerst goed te luisteren naar serieuze doembrengers – zoals de Club van Rome en ASPO. En nu naar ASPE, de Association for the Study of Peak Everything.

Dank voor de waarschuwing, ik denk dat het lastig is om in te schatten wat de balans is tussen 1) recycling/absolute substitutie van elementen dankzij combinatie van andere elementen en 2) onvervangbaarheid voor sommige toepassingen. Mijn visie slaat daarin 'pessimister' uit, maar dat vind ik niet zo relevant. Wat ik relevant vind is hoe we meer grip kunnen krijgen op deze materie en ervoor te zorgen dat de benodigde substitutie waar mogelijk beter op gang komt. Daarvoor probeer ik een bijdrage te leveren aan op de agenda zetten van dit onderwerp via TNO die hier samen met andere organisaties de kar aan het trekken zijn.

Wat is jouw betrokkenheid bij het onderwerp?

As hybrid cars gobble rare metals, shortage looms

http://www.reuters.com/article/ousiv/idUSTRE57U...

LOS ANGELES (Reuters) – The Prius hybrid automobile is popular for its fuel efficiency, but its electric motor and battery guzzle rare earth metals, a little-known class of elements found in a wide range of gadgets and consumer goods.

That makes Toyota's market-leading gasoline-electric hybrid car and other similar vehicles vulnerable to a supply crunch predicted by experts as China, the world's dominant rare earths producer, limits exports while global demand swells.

“En ja, een substituut kan slechter zijn, maar dat hoeft niet. Het probleem is, dat alternatieven gewoon vaak niet onderzocht zijn, omdat er reden voor was.”

Dit is geen algemeen geldende regel. Neem bijvoorbeeld katalysatoren, het hoofdprincipe is hier vaak trial and error in laboratoria. Voordat de juiste katalysator gevonden is worden er vaak vele duizenden getest. Specifieke elementen worden vaak gebruikt vanwege hun eigenschappen, andere elementen gebruiken betekent over het algemeen dat de kwaliteit minder wordt (ja er zijn uitzonderingen maar dat is niet de regel).

Wat ik mis in je verhaal is dat je geen onderscheid maakt tussen de eigenschappen van verschillende groepen elementen, en daarmee een hoop Natuurkundige wetten negeerd. De periodieke tabel der elementen is ingedeeld op o.a. de atoomnummers, atoommassa, elektronenconfiguratie die weer bepalend zijn voor eigenschappen. Voor de lathaniden zijn dat:

* Silvery-white metals that tarnish when exposed to air, forming their oxides.
* Relatively soft metals. Hardness increases somewhat with higher atomic number.
* Moving from left to right across the period (increasing atomic number), the radius of each lanthanide 3+ ion steadily decreases. This is referred to as 'lanthanide contraction'.
* High melting points and boiling points.
* Very reactive.
* React with water to liberate hydrogen (H2), slowly in cold/quickly upon heating. Lanthanides commonly bind to water.
* React with H+ (dilute acid) to release H2 (rapidly at room temperature).
* React in an exothermic reaction with H2.
* Burn easily in air.
* They are strong reducing agents.
* Their compounds are generally ionic.
* At elevated temperatures, many rare earths ignite and burn vigorously.
* Most rare earth compounds are strongly paramagnetic.
* Many rare earth compounds fluoresce strongly under ultraviolet light.
* Lanthanide ions tend to be pale colors, resulting from weak, narrow, forbidden f x f optical transitions.
* The magnetic moments of the lanthanide and iron ions oppose each other.
* The lanthanides react readily with most nonmetals and form binaries on heating with most nonmetals.
* The coordination numbers of lanthanides are high (greater than 6; usually 8 or 9 or as high as 12).

Deze combinatie van eigenschappen zijn specifiek voor de lathaniden, en deze combinatie zul je niet in andere elementgroepen terugvinden.

>Verder zou je historisch kunnen kijken. Is een beschaving weleens ten onder gegaan, door iets anders dan voedsel of energie (bijvoorbeeld in de vorm van hout)?<

Dit is wederom een irrelevante vergelijking omdat we het hier hebben over een unieke nog niet voorgekomen situatie. Deze materialen zijn niet eerder dan voor de industriele revolutie zodanig op schaal gebruikt.

> En het is ook niet nieuw in de industrie. De industrie heeft zich vaak van bepaalde materialen moeten ontdoen, vanwege milieu maatregelen. Denk dan bijvoorbeeld aan CFK's of asbest.<

Wederom heb je het niet over elementen wat de vergelijking irrelevant maakt. Van schaarste aan elementen is er maar een voorbeeld.

>Die zeldzame materialen is dus niet iets waar ik wakker van lig.<

Het gaat er niet om of je er wakker van ligt, maar of we voldoende kennis hebben om te bepalen of het een probleem wordt of niet. Naar mijn insteek is dat niet het geval en zou het uitermate nuttig zijn om deze kennis op te doen. Ook om de juiste technologiekeuzes te maken. Het substitueren van materialen komt itt de achterliggende gedachte die je lijkt te poneren niet zomaar uit de lucht vallen daar is wel degelijk kennisontwikkeling (en daarmee investeringen) voor nodig op een R&D schaal die niet door de markt kan worden gegenereerd omdat deze op te korte termijn kennisontwikkeling heeft (teveel toegepast te weinig fundamenteel).

Chemicus nam mij de woorden uit de mond. Je hebt alleen een probleem als er een eigenschap van zo'n element is, die onlosmakelijk verbonden is aan dat element.

En ja, een substituut kan slechter zijn, maar dat hoeft niet. Het probleem is, dat alternatieven gewoon vaak niet onderzocht zijn, omdat er reden voor was.

Om aan te tonen dat je een probleem heb, krijg je een heel moeilijk onderzoek. Je krijgt de volgend moeilijke stappen:
a. Eigenschappen vn de materialen vinden, die een belangrijke rol spelen.
b. Aantonen, dat deze niet te vervangen zijn door andere elementen.
c. Dat de processen, waar dit gebruikt wordt, niet te vervangen zijn door andere processen.
d. Dat dit essentieel is voor onze samenleving.
e. Dat het gebruik ook substantieel is. Als maar 10% substantieel is, dan kunnen we ons eerst ontdoen van die andere 90%.

Alleen al vraag b, is enkel te beantwoorden als het om fundamentele eigenschappen gaat.

Voor c, kun je bijvoorbeeld ook denken aan harddisks. Als we vanwege grondstoffen schaarste ging harddisks kunnen maken, dan is de huidige techniek ver genoeg dat we deze volledige kunnen vervangen door chips.

Om terug te komen op het quartz verhaaltje, vanuit mijn werk heb ik geleerd dat als je
onderzoek doet, er gewoon heel veel mogelijk is en ik me geen situatie weet waar je afhankelijk bent van 1 specifiek iets.

Behalve als het om fundamentele dingen gaat, zoals energie. Je kunt energie niet ergens vandaan toveren. Als we dan terug gaan naar vraag b, zie ik qua fundamentele eigenschappen eerder een probleem in Helium en Fosfor. Fosfor is noodzakelijk voor elk leven en is niet te vervangen. De eigenschappen van Helium, voor koelen, zijn fundamenteel niet te vervangen door een ander element. En kunnen Helium ook niet uit de lucht halen.

Verder zou je historisch kunnen kijken. Is een beschaving weleens ten onder gegaan, door iets anders dan voedsel of energie (bijvoorbeeld in de vorm van hout)? En het is ook niet nieuw in de industrie. De industrie heeft zich vaak van bepaalde materialen moeten ontdoen, vanwege milieu maatregelen. Denk dan bijvoorbeeld aan CFK's of asbest.

Die zeldzame materialen is dus niet iets waar ik wakker van lig. Er zijn wel andere dingen. Zo ben ik van mening, dat in een toekomst met minder fossiele brandstoffen we toch echt afhankelijk zijn van batterijtechnieken die beter zijn, dan die we nu hebben. Tegelijkertijd, zie ik daar genoeg vooruitgang in.

Overigens ben ik wel voorstander van om te onderzoeken of materialen uit elektronica gerecycled kunnen worden. Ik denk namelijk wel dat die materialen in de toekomst een stuk duurder worden.

Lucas

Ik ben het met je eens dat substitutie in veel gevallen mogelijk is, maar ik betwijfel of de kennis er is om te bepalen in hoeverre dit soelaas biedt. Het substituut is meestal slechter dan het origineel omdat materialen gekozen worden op een combinatie van kwaliteiten. Tevens hebben we het in dit geval niet over schaarste van 1 element, maar over schaarste van 17 elementen met soortgelijke eigenschappen wat de situatie een stuk gecompliceerder maakt. Het idee dat een groep elementen met specifieke eigenschappen gemakkelijk gesubstitueerd kan worden door elementen die die eigenschappen niet hebben, op het vlak van duizenden toepassingen is idealistisch/gelovig.

Toch is de opmerking van LL niet zo gek. Natuurlijk kan een element zelf voor praktische toepassing niet worden nagemaakt, maar de functie ervan in een toepassing kan meestal/altijd door gebruik van andere elementen in andere combinaties en moleculen worden vervangen. Dat is het mooie van de fysica en chemie !

>Ik heb de verschillende materialen in de Wikipedia bekeken, maar ik ben niet onder de indruk. Geen van de materialen zijn echt noodzakelijk.<

Dat hangt ervanaf of je de honderden industriele processen zoals de productie van FeSiMg mogelijk dankzij deze groep zeldzame metalen als noodzakelijk beschouwd voor onze samenleving of niet. Een deel van die processen zullen door substitutie met minder zeldzame materialen plaats kunnen vinden, een ander deel waarschijnlijk niet. Ik denk dat er op dit moment onvoldoende kennis bestaat om dit in te kunnen schatten. Het lijkt me zeer verstandig dat ditop korte termijn nader wordt uitgezocht.

>Laat me een verhaaltje vertellen van me eigen werk. Ik werk bij ASML en daar maken we apparaten met hele dure lenzen. Voor een nieuwe type machine werd een heel puur soort quartz gebruikt.<

Quartz is geen element en deze vergelijking klopt daardoor niet. We hebben het over elementen die kun je niet kunstmatig vervaardigen.

>Ik ben dus niet bang dat we door een tekort aan een materiaal opeens veel problemen krijgen. De technische keuzes komen dan gewoon wat anders te liggen.<

Hoe komt het dat je ondanks gebrekkige kennis (die we allemaal hebben op dit onderwerp) denkt dat je met zo'n hoge mate van zekerheid conclusies kan trekken?