Nye rapporter belyser forsyningskædens udfordringer og muligheder for ren energi

Den amerikanske indsats for at opbygge en indenlandsk forsyning af ren energi begynder ofte med kritiske materialer produceret i fjerne og geopolitisk følsomme lande. Forskere ved U.S. Department of Energy's (DOE) Argonne National Laboratory bidrog for nylig til en række rapporter, der havde til formål at sikre USA's rene energiforsyningskæde og minimere potentielle forstyrrelser.

DOE-rapporterne dykker ned i 12 områder, hvor USA skal sikre tilgængeligheden af ​​materialer til rene energikilder såsom vindmøller, brændselsceller og solpaneler. Nogle af disse materialer er sjældne jordarters mineraler, der bruges i magneter, der driver vindmøller, for eksempel, eller ædelmetaller, der bruges i batterier til elektriske køretøjer og lagring af elektricitet på nettet.

USA har brug for en konsekvent og overkommelig forsyning af disse materialer for at dekarbonisere sin økonomi inden 2050. Dekarbonisering, som omfatter nulstilling af brugen af ​​fossile brændstoffer, er nødvendig ikke kun for at undgå de værste virkninger af klimaændringer, men også for at styrke landets energisikkerhed .

Eksperter fra Argonne, andre føderale agenturer, DOE nationale laboratorier, universiteter og den private sektor samarbejdede om forsyningskædens dybe dykkevurderingsrapporter, som blev udarbejdet som svar på 2021 Executive Order on America's Supply Chains. DOE benyttede Argonne for sin ekspertise inden for forsyningskædeanalyse af sjældne jordarter, batteriteknologier, brintenergi og andre relevante områder.

"Vi har brug for en veldiversificeret og sikker forsyning af kritiske materialer for at opfylde vores dekarboniseringsmål," sagde Braeton Smith, en ledende energiøkonom hos Argonne, der ledede laboratoriets tværgående forskningsbidrag. "Det kræver, at vi ser på hele den industrielle energibase for at identificere potentielle mangler eller forstyrrelser."

Især Argonne-forskere ledede undersøgelsen og skrev for to af forsyningskæderapporterne, "Rare Earth Permanent Magnets" og "Platinum Group Metal Catalysts," og tekniske bidrag til rapporten "Competitiveness and Commercialization of Energy Technologies." De gav også input til flere andre rapporter i serien.

Kina dominerer den globale forsyningskæde for sjældne jordarters metaller og magneter og kontrollerer 92% af magnetproduktionen i 2020. Sjældne jordarters magneter hjælper med at drive vindmøllegeneratorer, især til offshore-turbiner, og de går ind i trækmotorer til elektriske køretøjer. Efterspørgslen efter sjældne jordarters magneter forventes kun at vokse, efterhånden som USA fortsætter med at udvide ren energi.

Forskere ved Argonne har i tidligere forskning fundet ud af, at forsyningsafbrydelser af sjældne jordarter kan have virkninger, der varer langt ud over en kortvarig begivenhed, hvilket skaber prisstigninger, der varierer afhængigt af det specifikke materiale. De opdagede disse mønstre ved hjælp af Global Critical Materials (GCMat)-modellen, som kan bruges til at simulere fremtidig markedsudvikling og forudse risici. GCMat er afhængig af en simuleringsmetode kaldet agent-baseret modellering, hvor "agenterne" repræsenterer producenter, forbrugere og andre aktører på et marked, der træffer beslutninger.

"En række bestræbelser på at tilføje magnetfremstilling og bearbejdning af sjældne jordarters materialer er i gang, både indenlandsk og globalt," sagde Matthew Riddle, assisterende energiforsker ved Argonne. "I rapporterne fremhævede vi en række af disse bestræbelser på at forbedre forsyningskædens modstandsdygtighed."

Platingruppemetaller, som USA er stærkt afhængig af import, er katalysatorer, der får kemiske reaktioner til at ske mere effektivt. Både platin og iridium er vigtige for at producere "grøn brint" til brændselsceller ved at udlede brinten fra vand i stedet for naturgas. Iridium er et af de sjældneste af disse metaller og produceres ikke i USA

"Problemet er ikke nødvendigvis kun fokuseret på minedrift af råmaterialer," sagde Smith. "USA mangler også midstream-produktion, hvor vi kan udskille og forfine nogle af disse vigtige materialer, når de er udvundet."

DOE-rapporterne fanger det aktuelle forsyningskædelandskab i detaljer og identificerer nøglerisici og muligheder. En anden hindring er begrænsede data på tværs af forsyningskæden.

"En af udfordringerne ved at analysere kritiske materialeforsyningskæder er manglen på offentligt tilgængelige data, især om procestrin, der sker efter minedrift," sagde Diane Graziano, en kemiingeniør i Argonne.

Rapporten om platingruppens metaller anbefalede, at USA kompilerede detaljerede oplysninger om leverandører og producenter, som kunne hjælpe med at prioritere katalysatorinvesteringer.

Ud over at øge indenlandsk raffinering og fremstilling af kritiske materialer, omfatter andre potentielle måder at styrke forsyningskæden på at finde billigere og mere rigelige erstatningsmaterialer og øge evnen til at genvinde og genbruge materialer fra udtjente batterier og andre kilder.

Konkurrenceevne- og kommercialiseringsrapporten ser på strategier til at bringe innovative teknologier på markedet og styrke USAs konkurrenceevne i ren energiindustrien. Til det formål præsenterer den en seks-trins økonomisk analyseramme, der inkluderer efterspørgselsprognose, politikanalyse og scenarieanalyse.

"Det er ikke en perfekt krystalkugle. Men at udføre denne ende-til-ende økonomiske analyse af forsyningskæden, fra minedrift til genbrug, hjælper os med at forstå potentielle kilder til konkurrencefordele for USA, og hvordan vi kan opretholde dem," sagde Allison Bennett Irion, systemingeniør og direktør for supply chain research hos Argonne.

Argonne-eksperter, der arbejdede på DOE-rapporterne som forfattere og bidragydere, udover Smith, Graziano, Riddle og Bennett Irion, er Matthew Earlam, Chukwunwike Iloeje, Autumn Kaiser, Iain Hyde, Di-Jia Liu og Pingping Sun. + Udforsk yderligere

Sjældne jordforsyningsafbrydelser har langsigtede virkninger, viser computermodellen