Revista >> Iunie 2025 [Nr. 274] >> Cover Story

Războiul metalelor critice și soluțiile IMNR pentru România de reutilizare în aplicații high-tech

Dr. ing. Roxana Piticescu, Dr. ing. Adrian Motoc, Dr. ing. Radu Piticescu

30 Iunie 2025

Materiale prime critice sunt resurse strategice pe plan mondial. Uniunea Europeană a conștientizat importanța acestora și a creat platforma „Tehnologii strategice pentru Europa” (STEP), menită să sprijine industria de pe continent și să stimuleze investițiile în tehnologii critice. România va primi finanțare pentru repunerea în exploatare a unor zăcăminte de materii prime critice, printre care grafitul utilizat la realizarea bateriilor Li-ion. În ceea ce privește resursele primare de Li sau pământuri rare, care sunt cheia de boltă pentru mobilitatea electrică și utilizarea energiei eoliene, majoritatea acestora se găsesc în afara Europei. Ce poate face România în acest context? Institutul Național de Cercetare-Dezvoltare pentru Metale Neferoase și Rare (IMNR) pledează pentru dezvoltarea în țara noastră a unui lanț de valorificare a materiilor prime critice din resurse secundare sub formă de noi produse cu valoare adăugată mare.

Importanța metalelor critice în contextul reducerii emisiilor de carbon și a Pactului Verde european
Analiza datelor din literatura de specialitate arată că termenul de materii prime critice este aplicat materialelor într-un context larg care s-a schimbat pe măsură ce este supus unei reevaluări regulate în timp, pe măsură ce preocuparea pentru aprovizionarea cu materii prime sporește din cauza cererii în creștere și a reducerii ofertei. Utilizarea actuală a termenului ar putea fi clasificată în două grupuri mai largi. Primul grup urmărește opiniile experților, în timp ce al doilea își bazează clasificarea în principal pe analizele globale ale cererii și ofertei. Termenul se referă la materiale care îndeplinesc funcții esențiale pentru care există un risc identificat de restricție de aprovizionare de un anumit fel (de exemplu, din cauza disponibilității, a factorilor politici sau de mediu). Parametrul importanței economice este evaluat luând în considerare factori cum ar fi ponderea utilizării finale a materialelor în sectorul industriei prelucrătoare, valoarea adăugată pentru economie, posibilitatea și costul înlocuirii în aplicațiile de utilizare finală. Parametrul de risc de aprovizionare cuprinde factori care reprezintă mixul global de aprovizionare al țărilor, împreună cu riscul politic și comercial asociat, dependența de importuri, posibilitatea de reciclare la sfârșitul ciclului de viață și posibilitatea de înlocuire a aprovizionării din alte surse.

Tabelul de mai sus prezintă acele materii prime critice conform Regulamentului UE 2024/1252 al Parlamentului European și al Consiliului din 11 aprilie 2024, esențiale pentru dezvoltarea energiilor și a mobilității verzi, evidențiind dependența de importuri în UE și gradul de reciclare.
Materiale prime critice sunt strategice pentru Europa. Platforma „Tehnologii strategice pentru Europa” (STEP) a fost creată de Uniunea Europeană pentru a sprijini industria europeană și pentru a stimula investițiile în tehnologii critice în Europa. STEP strânge și direcționează fonduri pentru 11 programe ale Uniunii Europene către trei domenii de investiții țintă: Tehnologiile digitale și inovația deep-tech, Tehnologii curate și eficiente din punctul de vedere al utilizării resurselor și Biotehnologii. STEP sprijină, de asemenea, proiectele de creștere a competențelor necesare pentru dezvoltarea acestor tehnologii critice. STEP introduce un nou sigiliu STEP – o etichetă UE pentru proiectele de înaltă calitate, oferind vizibilitate proiectelor STEP și facilitând accesul acestora la alte surse posibile de finanțare.
Sprijinirea investițiilor care contribuie la obiectivele Platformei Tehnologii Strategice pentru Europa (platforma STEP) menționate la articolul 2 din Regulamentul (UE) 2024/795 al Parlamentului European și al Consiliului European a Obiectivului de politică specific STEP au fost recunoscute la nivel național și regional.
România va primi finanțare pentru repunerea în exploatare a unor zăcăminte de materii prime critice, printre care grafitul utilizat la realizarea bateriilor Li-ion. În ceea ce privește resursele primare de Li sau pământuri rare, care sunt cheia de boltă pentru mobilitatea electrică și utilizarea energiei eoliene, principalele resurse cunoscute și exploatabile la nivelul anului 2023 (conform site-ului https://Elements.Visualcapitalist.Com/Rare-Earth-Elements-Where-in-the-World-Are-They) se găsesc în China (cca. 44 mil. tone), Vietnam (22 mil. tone), Brazilia (21 mil. tone), Rusia (cca. 12 mil. tone), India (cca. 6,9 mil. tone), Australia (cca. 4,1 mil tone), SUA și Groenlanda (fiecare cca. 1,5 mil. tone), Tanzania (cca. 0,89 mil. tone), Canada (0,83 mil. tone) și Africa de Sud (cca. 0,79 mil. tone). Ce poate face România în acest context? Resursele noastre primare din aceste metale critice sunt economic neexploatabile. Și totuși? Și totuși avem multiple resurse secundare, produse ajunse la finalul ciclului de viață, multe din ele în așa-numitele mine urbane, care prin valorificare pot contribui la obținerea de metale critice valoroase, dar și la reducerea riscurilor de poluare a mediului ambiant.

Lanțul valoric al materiilor prime critice secundare, o șansă pentru România
Lanțul valoric al materiilor prime critice secundare (CRM) se referă la ciclul de viață al materiilor prime critice care sunt recuperate, reciclate și reintegrate în lanțurile de aprovizionare industriale, mai degrabă decât să fie extrase din surse primare. Acest lanț valoric joacă un rol crucial în reducerea dependenței de materiile prime virgine, îmbunătățirea sustenabilității și atenuarea riscurilor de aprovizionare. Conceptul de management strategic al lanțului valoric câștigă în prezent popularitate atât în rândul teoreticienilor managementului, cât și al practicienilor și este examinat pe scară largă în literatură atât din perspectivă națională, cât și globală. Lanțul valoric reprezintă procesul de „adăugare” de valoare produsului final prin procese succesive, începând cu aprovizionarea companiei cu materii prime, materiale, semifabricate etc., prin activități de producție, logistică și marketing și terminând cu furnizarea de servicii suplimentare clientului.
„Economia liniară”, construită pe un model de extragere a materiilor prime din natură, transformarea lor în produse și apoi aruncarea lor ca deșeuri este înlocuită cu noul concept al economiei circulare. În prezent, doar 7,2% din materialele folosite sunt reintroduse în economiile noastre după utilizare. Acest lucru aruncă o povară semnificativă asupra mediului și contribuie la crizele climatice, de biodiversitate și de poluare. Pentru a evita aceste efecte negative, economia circulară a fost introdusă ca un model durabil de producție și consum care prelungește ciclurile de viață ale produselor prin practici precum reutilizarea, repararea, recondiționarea și reciclarea. Scopul său este de a reduce deșeurile și consumul de resurse, promovând în același timp creșterea economică și protecția mediului prin cei 3R: reducerea, reutilizarea și reciclarea. Spre deosebire de economia liniară, aceasta tratează deșeurile ca pe o resursă, încorporând produse secundare industriale, deșeuri electronice și alte materiale secundare. Implementarea economiei circulare necesită colaborare la diferite niveluri – companii care adoptă strategii de proiectare circulară, simbioză industrială care încurajează schimbul de materiale și cunoștințe și cadre de politici care sprijină practicile durabile. Implementarea economiei circulare necesită colaborare la diferite niveluri – companii care adoptă strategii de proiectare circulară, simbioză industrială care încurajează schimbul de materiale și cunoștințe și cadre de politici care sprijină practicile durabile. Prin reducerea dependenței de resursele virgine și integrarea materialelor regenerabile, economia circulară ajută la decuplarea creșterii economice de degradarea mediului. Lanțul valoric al materiilor prime critice cuprinde:
►Colectarea și recuperarea produsului la sfârșitul ciclului de viață
Într-o economie circulară, strategiile de recuperare a produselor, cum ar fi reutilizarea, reciclarea și re-fabricarea, joacă un rol important la sfârșitul duratei de viață a unui produs. Acest lucru se realizează în principal de către companii specializate care colectează deșeurile de echipamente atât de la companiile de producție, cât și de la populație, în baza unor acorduri comerciale, cu respectarea reglementărilor legale specifice adoptate de țările UE. Tratarea presupune inițial sortarea deșeurilor de echipamente în funcție de tip (motoare, pompe, aparate frigorifice, echipamente CRT, aparate mari, IT etc.). Un prim pas este extragerea componentelor cu risc ridicat sau care necesită un tratament atent în următoarele fluxuri: lichide, agenți frigorifici, baterii, plăci electronice, cabluri, azbest etc. Deșeurile depoluate trebuie să treacă printr-un proces de dezmembrare automată sau manuală, la finalul căruia se identifică compuși omogeni și care reprezintă baza viitoarelor materii prime secundare sau care necesită operațiuni de recuperare energetică sau eliminare controlată. O atenție deosebită este acordată echipamentelor frigorifice care conțin elemente care afectează stratul de ozon și echipamentelor cu tuburi catodice care conțin o pulbere fină cu elemente toxice în interior.
► Prelucrarea și rafinarea materialelor
Pre-procesarea și sortarea sunt necesare pentru a colecta resursele valoroase din produsele EoL. Dezasamblarea este prima activitate de recondiționare a diferitelor echipamente și, din cauza complexității produselor EoL, dezasamblarea este în general păstrată ca o activitate manuală. Cu toate acestea, evoluțiile tehnologice pot facilita trecerea de la munca umană la procesele automatizate. Pentru a asigura succesul viitor și a fi competitive, companiile implicate în recuperarea produselor EoL trebuie să implementeze automatizarea folosind soluții robotizate. După separare, fracțiunile care conțin plastic, sticlă și metal sunt tratate separat. Fazele care conțin metale sunt supuse separării magnetice sau gravimetrice, în funcție de natura componentelor. Metale precum Cu sau Al sunt recuperate în principal prin topire. Alte metale precum pământurile rare (REE) din deșeurile de echipamente electrice și electronice (DEEE) sau Li și Ni din deșeurile de baterii sunt prelucrate în moduri diferite (hidrometalurgice, pirometalurgice sau metode combinate) pentru recuperarea metalelor secundare valoroase, în funcție de gradul lor de degradare.
► Reintegrarea în producție
Metalele secundare precum Cu, Al, deșeuri de oțel inoxidabil din diferite etape de prelucrare și fabricație sunt reintegrate în principal prin topire, în timp ce zgura este recuperată în unele cazuri prin amestecare cu materiile prime. Metalurgia pulberilor oferă, de asemenea, soluții pentru refabricarea prin fabricație aditivă sau sinterizare în produse cu valoare adăugată ridicată, cum ar fi pentru aeronautică și dispozitive medicale. Reintegrarea altor metale valoroase recuperate, cum ar fi pământurile rare din magneți și Li din baterii Li-ion, depinde de calitatea produsului la finalul ciclului de viață. În general, magneții mari de NdFeB, cum ar fi generatoarele turbinelor eoliene sau motoarele mașinilor, pot fi realizați prin demagnetizare și retopire, în timp ce pentru cele de dimensiuni mici cu o calitate mai scăzută sunt necesare metode complexe.
► Integrarea pieței și a lanțului de aprovizionare
Fluxul de materiale către și dinspre industriile mari consumatoare de energie formează o rețea foarte densă, integrată între ele și cu orice alt sector. Legăturile dintre industriile consumatoare de energie și alte sectoare constituie baza economiei prelucrătoare. Unele sectoare mari consumatoare de energie furnizează materii prime altor sectoare mari consumatoare de energie, iar subprodusele sunt reutilizate de alte ramuri industriale. Cercetarea și inovarea sunt un instrument esențial în lanțul valoric pentru a aborda problemele ridicate prin integrarea unei mari diversități de materii prime secundare.

IMNR, un furnizor de soluțiide valorificare a metalelor critice din resurse secundare recunoscut la nivel european pentru aplicații high-tech
DEEE (Deșeuri de Echipamente Electrice și Electronice) constau dintr-un amestec complex de materiale metalice și nemetalice, inclusiv cu grad ridicat de toxicitate, care necesită un management specific pentru a evita daune majore asupra mediului și sănătății. De asemenea, acestea conțin materii prime de mare valoare, unele critice. Din aceste considerente se acordă o atenție deosebită recuperării și reintroducerii în circuitul economic a metalelor uzuale (Fe, Cu, Al, Pb, Zn, Sn), prețioase (Au, Ag, Pt) și critice (W, Cr, Co, grafit, REE prezente în DEEE (Directivele UE: 2002/96/EC, 2012/19/EU, OUG 5/2015, Legea 127/2024). La nivel național s-au făcut progrese însemnate în colectarea și recuperarea deșeurilor din echipamente electrice și electronice (DEEE) ajunse la sfârșitul ciclului de viață.
Cu toate acestea, metalele critice cum sunt litiul sau pământurile rare nu sunt valorificate în țară. Direcția de cercetare privind economia circulară este una din direcțiile majore din strategia de dezvoltare a IMNR, fiind susținută prin proiecte europene de succes în care institutul a elaborat tehnologii inovative care au fost dezvoltate și demonstrate la nivel TRL 4. Prezentăm în continuare cele mai semnificative rezultate obținute în această direcție strategică.
✔ Proiectul ERAMIN 3 „Recuperarea intensificată cu microunde a REE și a plasticului din DEEE și reutilizarea la fabricarea aditivă a unor noi componente magnetice - MW4REMAM”
Obiectivul principal al proiectului MW4REMAM a constat în dezvoltarea unei tehnologii inovatoare pentru recuperarea eficientă atât a pământurilor rare, cât și a materialelor plastice din DEEE și minele urbane și reutilizarea lor ca materie primă pentru fabricarea filamentelor compozite plastic-REE pentru crearea de noi componente magnetice prin fabricarea aditivă (printare 3D). A fost elaborată o tehnologie de laborator care permite recuperarea pământurilor rare (REE) din magneți permanenți pe bază de NdFeB ajunși la sfârșitul ciclului de viață din deșeuri de echipamente electrice și electronice (DEE) prin tratarea cu microunde (MW) și extracția Nd cu Mg lichid. Prin tratarea cu microunde au fost recuperate REE din diverse tipuri de magneți pe bază de REE încapsulate în materiale plastice (hard-discuri, motoare imprimantă, motoare vehicule electrice). Tehnologia cu microunde reduce cu peste 20% consumul de energie electrică prin încălzire locală în masa probei. Cercetările au arătat că este mult mai eficientă la tratarea deșeurilor cu grad ridicat de oxidare, oxidul format pe suprafață favorizând creșterea adâncimii de penetrare a microundelor. Filtrul încălzit cu MW asigură recuperarea materialului plastic, reducând emisiile de gaze. Pentru magneți permanenți cu grad ridicat de oxidare la sfârșitul ciclului de viață s-au obținut pulberi cu 96-97% Nd prin tratate cu microunde, extracție cu Mg lichid și măcinarea buretelui obținut. Pulberile de Nd au fost apoi utilizate la obținerea de pulberi de NdFeB prin metode ale metalurgiei pulberilor. Aceste pulberi cu suprafață specifică controlată au fost utilizate la obținerea de filamente compozite din materiale plastice și pulbere de NdFeB din care au fost re-fabricați magneți permanenți prin printare 3D. Cercetările au fost realizate în parteneriat cu institute de cercetări și firme din Belgia, Bulgaria și România.

✔ Proiect Horizon Europe Cluster 5 Reciclarea litiului din materii prime secundare și altele – RELiEF
Proiectul RELiEF propune o viziune ambițioasă și inovatoare: proiectarea, validarea și demonstrerea unei instalații europene integrate de reciclare a litiului, capabilă să recupereze acest metal esențial dintr-un spectru larg de materii prime secundare (SRM). Depășind limitele reciclării convenționale a bateriilor, RELiEF explorează noi surse de extracție a litiului - adesea neexploatate - contribuind astfel la reducerea deșeurilor, creșterea circularității și consolidarea unui lanț valoric european mai curat și mai sigur pentru baterii. RELiEF nu este doar un proiect tehnologic, ci o adevărată schimbare de paradigmă. Prin dezvoltarea unor tehnologii de reciclare scalabile, ecologice și viabile economic, proiectul își propune să sprijine ambiția Europei de a deveni lider global în producția de materiale durabile pentru baterii. Sprijinit de un consorțiu interdisciplinar solid și o abordare holistică - care integrează chimia, ingineria, evaluarea sustenabilității și inovația digitală - RELiEF își propune să redefinească modul în care litiul este recuperat în secolul XXI. În cadrul proiectului dezvoltat de un consorțiu de 12 parteneri, coordonat de o firmă producătoare de baterii din Belgia, IMNR coordonează pachetul care se concentrează pe transformarea litiului recuperat în săruri de Li destinate relitierii catozilor proveniți din baterii uzate precum și litiu metalic reutilizabil ca anod în noi sisteme de baterii. Această activitate joacă un rol esențial în demonstrarea circularității complete a litiului în lanțul valoric al bateriilor.
IMNR dezvoltă procese inovatoare, precum piroliza cu microunde și sinteza de combustie asistată de microunde, pentru a transforma soluțiile purificate de litiu în precursori utilizați la sinteza materialelor catodice pentru baterii. Aceste tehnologii sunt optimizate pentru a asigura eficiență ridicată, impact minim asupra mediului și posibilitatea de scalare industrială. Se utilizează aditivi speciali și condiții de reacție în atmosferă controlată, cu scopul de a maximiza randamentul de recuperare a sărurilor de litiu și de a reduce emisiile asociate. Sărurile de litiu astfel obținute sunt folosite în procesul de relitiere a materialului catodic din bateriile LFP (litiu-fier-fosfat). În paralel, IMNR aplică și procese electrochimice avansate în lichide ionice, care permit recuperarea selectivă și eficientă a litiului sub formă metalică. Litiul metalic cu puritate ridicată este ulterior testat în celule de baterie ca anod, închizând astfel complet ciclul materialelor.

✔ Proiect ERAMIN-3 Procesarea deșeurilor de baterii și transformarea lor în oxizi tranziționali cu entropie înaltă pentru bateriile de nouă generație, pe bază de Li-ion-HETMOLION
Aflat în primul an de implementare, proiectul HETMOLION are ca scop dezvoltarea unor materiale noi, cu potențial de utilizare ca anozi în bateriile de tip Li-ion durabile și care se integrează în conceptul „safe – by – design”. Noile materiale se bazează pe un concept nou de oxizi cu entropie înaltă ai metalelor tranziționale (HETMO) și conțin elemente metalice, din care minim 80% provin din procesarea bateriilor uzate, reducând astfel la minim necesitatea utilizării materiilor prime și depozitele de deșeuri urbane. După optimizare, gradul de utilizare al materialelor va fi demonstrat prin realizarea prototipurilor de baterii Li-ion. Întreaga idee a proiectului urmărește abordarea conceptului economiei circulare, care va fi demonstrată prin aplicarea unor instrumente de evaluare a ciclului de viață. Astfel, abordarea generală poate fi rezumată ca dezvoltarea unui concept de material inovator, care să fie competitiv atât din punct de vedere al proprietăților operaționale, cât și al cerințele legate de sustenabilitate și circularitate. Proiectul este implementat de un consorțiu format din parteneri din Polonia, România, Portugalia și Africa de Sud. Până în prezent, IMNR a realizat specificații tehnice necesare materialelor obținute în urma procesării „masei negre”, a stabilit cerințele de material necesare obținerii materialelor anodice, a analizat datele tehnice privind fabricarea anozilor pentru bateriile pe bază de Li-on și selecția sistemelor de oxizi tranziționali cu entropie înaltă cu proprietăți predefinite, fiind în curs determinarea, sinteza și caracterizarea eșantioanelor preliminare ale oxizilor tranziționali cu entropie înaltă.