Articol publicat și pe financialintelligence.ro.

“Pe măsură ce ne îndreptăm tot mai mult către o economie globală bazată pe surse regenerabile de energie, devine clar că anumite materiale joacă un rol critic în această tranziție. Nichelul este unul dintre aceste materiale esențiale, fiind un metal aparent obișnuit, dar care a devenit o componentă vitală în tehnologiile energetice moderne, de la bateriile litiu-ion, folosite în vehiculele electrice, până la infrastructurile pentru stocarea energiei. Nu doar că asigură performanță și durabilitate, dar contribuie direct la reducerea emisiilor de carbon și la accelerarea adoptării soluțiilor verzi.” – Teodora Mindra

1. Ce este nichelul (compoziție chimică) și unde se folosește?

Tranziția energetică, de la sursele tradiționale de energie bazate pe combustibili fosili la surse regenerabile și tehnologii sustenabile, reprezintă o provocare esențială pentru combaterea schimbărilor climatice și asigurarea unui viitor energetic durabil. În acest context, metalele rare, alături de nichel, joacă un rol crucial în dezvoltarea și implementarea tehnologiilor necesare pentru o economie verde.

Nichelul (Ni), în special, joacă un rol crucial datorită proprietăților sale unice. Nichelul este un element chimic cu numărul atomic 28, situat în grupa 10 a tabelului periodic. Este un metal de culoare argintiu-albă, dur și ductil, ceea ce înseamnă că poate fi tras în fire subțiri fără a se rupe. Aspectul său lucios și rezistența la coroziune îl fac ideal pentru aplicații ce necesită durabilitate și fiabilitate. În plus, nichelul are o conductivitate electrică și termică excelentă, având un punct de topire relativ ridicat, la 1455 °C, ceea ce îl face esențial în fabricarea bateriilor reîncărcabile și a componentelor electronice.

Nichelul este rezistent la coroziune și oxidare în aer datorită formării unui strat de oxid protector pe suprafața sa. Acest lucru îl face util în diverse aplicații industriale.

2. Aplicații industriale

Proprietățile fizice și chimice ale nichelului îl plasează în centrul inovațiilor necesare pentru a asigura o tranziție energetică de succes. Nichelul este folosit într-o gamă largă de aplicații și este esențial pentru economia globală, fiind utilizat în aliaje și oțel inoxidabil, precum și în sectorul energiei curate.

Cele mai mari aplicații în sectorul energiei curate sunt în bateriile pentru vehicule electrice (EV), dar nichelul este utilizat și în generarea de energie cu emisii reduse, cum ar fi energia eoliană, solară și geotermală.

3. Unde se găsește nichelul?

Indonezia, Filipine și Noua Caledonie sunt printre cele mai importante regiuni producătoare de nichel din lume [1], deținând împreună o majoritate semnificativă a rezervelor globale. Indonezia se situează în fruntea listei, cu aproximativ 62% din rezervele mondiale de nichel, în principal datorită zăcămintelor lateritice bogate din regiunile Sulawesi și Halmahera. Acest avantaj a permis Indoneziei să devină un jucător principal pe piața globală a nichelului, susținută de politici care încurajează rafinarea locală și producția de produse cu valoare adăugată. Filipinele, cu 8% din rezervele globale, se remarcă prin zăcămintele de nichel lateritic din regiunile Mindanao și Palawan, contribuind semnificativ la economia locală prin exporturile de minereu de nichel. Noua Caledonie, deținând 6% din rezervele mondiale, exploatează zăcăminte de laterit și sulfuri de nichel.

La nivel global [1], Japonia, China și Indonezia joacă roluri esențiale în rafinarea nichelului, cu procente semnificative din capacitatea mondială. Japonia contribuie cu aproximativ 6% din capacitatea globală de rafinare, concentrându-se pe procesarea eficientă a minereurilor importate și transformarea lor în produse de valoare adăugată. China, cu 21% din capacitatea globală, este un actor major în industria de rafinare, folosind tehnologie avansată pentru a sprijini cererea internă de nichel, în special pentru baterii și aliaje. Totodată, Indonezia domină scena globală cu 44% din capacitatea de rafinare, datorită politicilor care favorizează procesarea locală a minereurilor și investițiilor în infrastructură. Această capacitate de rafinare masivă consolidează poziția Indoneziei ca lider mondial în furnizarea de nichel rafinat, esențial pentru industrii precum cele de vehicule electrice și tehnologii avansate. Aceste trei țări, prin contribuțiile lor semnificative, sunt esențiale în satisfacerea cererii globale de nichel și în susținerea dezvoltării tehnologice internaționale.

În cadrul Uniunii Europene (UE), între 2016 și 2020, nichelul a fost extras în medie 54 kt pe an, ceea ce corespunde aproximativ 2% din producția mondială de nichel (2,332 kt). Finlanda a reprezentat 66% (36 kt) din producția de nichel a UE, urmată de Grecia (33%; 18 kt) și cu o pondere mai mică Polonia (1%; 723 t) ^[2].

România dispune de importante rezerve de nichel, localizate în special în vestul țării, în județele Bihor și Harghita, dar și în Munții Sebeș și zona izvoarelor Arieșului. În Munții Sebeș, nichelul este prezent în zăcăminte ce conțin și minereuri de cupru și cobalt, fiind o resursă valoroasă în contextul tranziției energetice globale. De asemenea, în zona izvoarelor Arieșului, nichelul apare alături de alte elemente precum uraniu, cobalt, bismut și arsen, consolidând potențialul României de a deveni un jucător important pe piața metalelor critice pentru industriile emergente.

4. Rolul grafitului în tranziția energetică

Nichelul este utilizat într-o varietate de alte componente și aplicații critice din acest domeniu, iar mai jos sunt prezentate câteva roluri pe care acest metal îl are în tranziția energetică.

a. Sisteme de stocare

Sistemele de stocare a energiei sunt esențiale pentru a asigura disponibilitatea constantă a energiei din surse intermitente, iar bateriile joacă un rol central în acest proces.

Totodată, nichelul joacă un rol major în dezvoltarea sistemelor de stocare a energiei, fiind un material-cheie pentru bateriile litiu-ion folosite în tranziția energetică.  Nichelul aduce mai multe avantaje esențiale în bateriile de stocare a energiei, contribuind astfel la dezvoltarea și eficiența acestora. În primul rând, densitatea energetică crescută a nichelului îi conferă o capacitate superioară de stocare a energiei față de alte materiale, ceea ce permite bateriilor să fie mai compacte și să ofere o autonomie extinsă. Acest aspect este crucial pentru vehiculele electrice, dar și pentru stocarea energiei la scară largă în rețelele electrice. În al doilea rând, nichelul contribuie la reducerea costurilor de producție a bateriilor. Fiind mai disponibil și mai accesibil ca preț decât cobaltul, acesta permite o reducere a procentului de cobalt în componența bateriilor, un material mult mai scump și a cărui extracție ridică probleme etice. În cele din urmă, stabilitatea termică a bateriilor este îmbunătățită prin combinarea nichelului cu mangan și aluminiu, asigurând o funcționare sigură și stabilă chiar și în condiții de utilizare intensă sau în medii variate. Aceste avantaje fac din nichel un material esențial în dezvoltarea bateriilor performante și sigure, capabile să susțină tranziția către surse de energie regenerabilă.

b. Mașini electrice

Litiul, cobaltul, nichelul și grafitul sunt materiale integrale în compoziția bateriilor cu ioni de litiu pentru vehiculele electrice. În prezent, există două tipuri de baterii de tracțiune folosite în mod obișnuit pentru mașinile electrice:

• Baterie cu ioni de litiu (LIB), utilizată de majoritatea vehiculelor electrice (EV).
• Baterie cu hidrură de nichel metal (NiMH), utilizată de vehiculele hibride.

S-a estimat că, în condiții ideale, reciclarea bateriilor vehiculelor electrice, la sfârșitul duratei lor de viață, ar putea furniza 60% din cobalt, 53% din litiu, 57% din mangan și 53% din nichelul necesar la nivel global în 2040 [3].

În afară de baterii, nichelul este utilizat în domeniul mașinilor electrice în mai multe componente și aplicații esențiale:

• Motoare electrice: Nichelul este folosit în aliajele magnetice pentru a îmbunătăți performanța motoarelor electrice. Aceste aliaje permit motoarelor să funcționeze mai eficient și să genereze mai puțină căldură.
• Sisteme de răcire și gestionare termică: Nichelul este un component important în aliajele rezistente la căldură, folosite în radiatoare și alte sisteme de răcire, pentru a menține temperatura optimă a componentelor critice.
• Materiale de caroserie și structuri: Nichelul este utilizat în oțeluri inoxidabile și alte aliaje care sunt folosite pentru caroserie și structurile de susținere, datorită rezistenței și durabilității sale ridicate.
• Electronice și sisteme de control: Nichelul este prezent în diverse componente electronice și sisteme de control datorită proprietăților sale conductive și rezistente la coroziune.
• Încărcătoare și infrastructură de încărcare: Nichelul este folosit în aliaje pentru contactele electrice și conectorii din încărcătoarele de vehicule electrice, asigurând o performanță fiabilă și durabilă.

Astfel, nichelul este indispensabil în infrastructura de încărcare, dar și în sistemele de răcire și gestionare termică, materialele de caroserie, componentele electronice, asigurând durabilitate, rezistență și performanță superioară.

c. Panouri fotovoltaice

• Nichelul joacă un rol important în panourile fotovoltaice ^[4], în special în componentele conexe și structurile de susținere, deși utilizarea sa nu este la fel de predominantă ca în alte industrii.
• Straturi de contact și interconectări: Nichelul este folosit în straturile de contact și interconectări ale celulelor solare pentru a asigura o conductivitate electrică optimă și pentru a proteja împotriva coroziunii. În această aplicație, nichelul poate reprezenta câteva procente din masa totală a acestor componente, dar nu din masa totală a panoului.
• Cadre și suporturi: Nichelul este adesea folosit în aliajele din oțel inoxidabil care constituie cadrele și suporturile panourilor fotovoltaice. Aceste cadre și suporturi sunt esențiale pentru durabilitatea și stabilitatea structurii panoului în condiții meteorologice variabile.
• Protecție anticorozivă: Nichelul este utilizat pentru acoperirea și protecția altor componente metalice împotriva coroziunii, prelungind astfel durata de viață a panoului.
• În acest fel nichelul contribuie semnificativ la eficiența și longevitatea infrastructurilor solare, esențiale pentru dezvoltarea sustenabilă a energiei regenerabile.

d. Turbine eoliene

Nichelul joacă un rol esențial în fabricarea componentelor pentru turbinele eoliene, contribuind la creșterea durabilității și eficienței acestora prin îmbunătățirea rezistenței materialelor utilizate în construcția unor piese.

De exemplu, cutia de viteze, esențială pentru creșterea vitezei de rotație între rotor și generator, include aliaje de nichel printre alte metale pentru a îmbunătăți durabilitatea și performanța. Turnul înalt de metal al turbinei, care susține întreaga structură și permite accesul specialiștilor pentru operare, întreținere și reparații, este de asemenea construit cu aliaje de nichel.

e. Pompe de căldură

Proiecțiile pentru anul 2040^[5] arată că energia geotermală va fi responsabilă pentru o proporție semnificativă a cererii globale de minerale esențiale utilizate în sursele de energie cu emisii reduse de carbon. Mai exact, energia geotermală va acoperi 80% din cererea totală de nichel datorită necesității de aliaje rezistente la coroziune și temperaturi înalte în conducte și echipamente geotermale. Totodată, energia geotermală va consuma 40% din cererea totală de titan, un metal apreciat pentru rezistența sa la coroziune și durabilitate, indispensabil în componentele critice ale infrastructurii geotermale. Aceste cerințe ridicate subliniază importanța gestionării sustenabile a resurselor minerale și dezvoltarea de tehnologii eficiente în utilizarea materialelor pentru a susține expansiunea energiei geotermale ca o sursă principală de energie curată.

Datorită proprietăților sale excelente de rezistență la coroziune și conductivitate termică, nichelul este adesea folosit în fabricarea compresoarelor, care sunt esențiale pentru circulația agentului termic. De asemenea, aliajele pe bază de nichel sunt utilizate în schimbătoarele de căldură, contribuind la eficiența transferului de energie. În plus, nichelul este prezent în sistemele de control și electronicele asociate, asigurând o funcționare fiabilă și durabilă a pompelor de căldură în condiții variate de mediu.

5. Prețul nichelului

Prețul nichelului, fiind un metal esențial pentru tranziția energetică și totodată a bateriilor, a traversat o perioadă de scădere accentuată din cauza surplusului de ofertă și a provocărilor pe piața globală. Prețul nichelului a scăzut cu aproximativ 42%, atingând un minim al anului de 16.060 de dolari pe tonă, iar înainte de a închide anul la 17.150 de dolari pe tonă, în decembrie 2023. Majoritatea analiștilor consideră că prețurile nichelului vor continua să fie sub presiune în 2025, din cauza creșterii ofertei din Indonezia și a concurenței din partea materialelor alternative pentru baterii care nu conțin nichel. Unii analiști anticipează o scădere suplimentară, cu un preț estimat de 17.020 de dolari pe tonă în primul trimestru al anului 2025, față de 17.377 de dolari în ultimul trimestru al lui 2024.

Aceste evoluții reflectă un context de piață dominat de surplus de ofertă și de inovarea în materiale care pun presiune asupra cererii tradiționale de nichel.

6. Reciclarea nichelului

Reciclarea nichelului este un proces crucial pentru sustenabilitatea tranziției energetice, având un impact semnificativ asupra economiei circulare și eficienței resurselor. Procesul începe cu colectarea și sortarea materialelor ce conțin nichel, precum bateriile uzate, echipamentele electronice și aliajele vechi. Aceste materiale sunt apoi supuse unor etape de prelucrare, cum ar fi măcinarea și tratamentul chimic, pentru a extrage nichelul. Ulterior, nichelul obținut este rafinat prin tehnici avansate, precum electroliza sau procese chimice, pentru a îndepărta impuritățile și a obține metalul pur. Nichelul reciclat este apoi reintrodus în lanțul de aprovizionare, fiind utilizat pentru producția de baterii pentru vehicule electrice, componente de turbine eoliene și alte tehnologii esențiale în tranziția energetică și nu numai.

Prin reciclarea eficientă a nichelului, nu doar că se reduce dependența de resurse minerale naturale, dar se contribuie și la reducerea impactului ecologic al extracției și procesării metalului, sprijinind astfel un viitor energetic mai sustenabil și mai verde.

Există fabrici specializate în reciclarea nichelului la nivel global. Unele dintre cele mai notabile sunt:

• Nikkelverk (Norvegia): Una dintre cele mai vechi și mari instalații de reciclare a nichelului din lume, ce procesează minereuri de nichel și materiale reciclabile, producând nichel de înaltă puritate.
• Umicore (Belgia): Dispune de facilități avansate pentru reciclarea nichelului, inclusiv din baterii uzate și produse electronice, contribuind la gestionarea resurselor și la protecția mediului.

IRENA subliniază ^[6] că politicile comerciale și reglementările impuse de țările producătoare pot avea un impact semnificativ asupra piețelor globale de nichel. De exemplu, restricțiile asupra exporturilor de minereu de nichel din Indonezia au fost menționate ca un factor care poate influența oferta globală și prețurile, generând incertitudini pentru industriile care depind de acest metal. Riscurile geopolitice legate de nichel pot afecta progresul tranziției energetice ^[7], întrucât accesul limitat la nichel poate întârzia dezvoltarea tehnologiilor de stocare a energiei și a vehiculelor electrice.

Bibliografie:

[1] https://www.iea.org/reports/nickel

[2] https://scrreen.eu/wp-content/uploads/2023/03/SCRREEN2_factsheets_NICKEL.pdf

[3] Dunn, Jessica & Slattery, Margaret & Kendall, Alissa & Ambrose, Hanjiro & Shen, Shuhan. (2021). Circularity of Lithium-Ion Battery Materials in Electric Vehicles. Environmental Science & Technology. 55. 10.1021/acs.est.0c07030.

[4] Verma, S.; Paul, A.R.; Haque, N. Assessment of Materials and Rare Earth Metals Demand for Sustainable Wind Energy Growth in India. Minerals 2022, 12, 647. https://doi.org/10.3390/min12050647

[5] https://www.iea.org/reports/the-role-of-critical-minerals-in-clean-energy-transitions/mineral-requirements-for-clean-energy-transitions 

[6] https://www.irena.org/Digital-Report/Geopolitics-of-the-Energy-Transition-Critical-Materials 

[7] International Energy Agency (IEA). The Role of Critical Minerals in Clean Energy Transitions, World Energy Outlook Special Report; International Energy Agency (IEA): Paris, France, March 2022; Available online: https://www.iea.org/reports/the-role-of-critical-minerals-in-clean-energy-transitions/executive-summary

Autor: Teodora MINDRA

Teodora Mîndra este Manager de Programe și Evenimente în cadrul FEL, având experiență în domeniul energetic ca inginer de sistem, fiind totodată doctorandă la Facultatea de Automatică și Calculatoare. După absolvirea studiilor de licență și masterat la Facultatea de Energetică, s-a specializat în automatizările industriale pentru sectorul energetic. Are o vastă experiență în dezvoltarea, implementarea și coordonarea echipelor și proiectelor din acest domeniu. De asemenea, Teodora a participat la depunerea și gestionarea proiectelor finanțate prin programe precum Innovation Norway, EraNet și Eureka, orientate spre microrețele inteligente.