O esforço dos EUA para construir um suprimento doméstico de energia limpa geralmente começa com materiais críticos produzidos em países distantes – e geopoliticamente sensíveis. Pesquisadores do Laboratório Nacional de Argonne do Departamento de Energia dos EUA (DOE) contribuíram recentemente para uma série de relatórios destinados a garantir a cadeia de fornecimento de energia limpa da América e minimizar possíveis interrupções.
Os relatórios do DOE investigam 12 áreas em que os EUA precisam garantir a disponibilidade de materiais para fontes de energia limpa, como turbinas eólicas, células de combustível e painéis solares. Alguns desses materiais são minerais de terras raras usados ​​em ímãs que acionam turbinas eólicas, por exemplo, ou metais preciosos usados ​​em baterias para veículos elétricos e armazenamento de eletricidade na rede.

Os EUA precisam de um fornecimento consistente e acessível desses materiais para descarbonizar sua economia até 2050. A descarbonização, que inclui zerar o uso de combustíveis fósseis, é necessária não apenas para evitar os piores efeitos das mudanças climáticas, mas também para reforçar a segurança energética do país .

Especialistas de Argonne, outras agências federais, laboratórios nacionais do DOE, universidades e o setor privado colaboraram nos relatórios de avaliação de mergulho profundo da cadeia de suprimentos, que foram produzidos em resposta à Ordem Executiva de 2021 sobre as cadeias de suprimentos da América. O DOE aproveitou a Argonne por sua experiência em análise da cadeia de suprimentos de terras raras, tecnologias de bateria, energia de hidrogênio e outras áreas pertinentes.

"Precisamos de um fornecimento bem diversificado e seguro de materiais críticos para cumprir nossas metas de descarbonização", disse Braeton Smith, principal economista de energia da Argonne, que liderou as contribuições de pesquisa transversal do laboratório. "Isso exige que examinemos toda a base industrial de energia para identificar possíveis escassez ou interrupções".

Em particular, os pesquisadores da Argonne lideraram a investigação e escreveram para dois dos relatórios da cadeia de suprimentos, "Rare Earth Permanent Magnets" e "Platinum Group Metal Catalysts", e contribuições técnicas para o relatório "Competitiveness and Commercialization of Energy Technologies". Eles também forneceram informações sobre vários outros relatórios da série.

A China domina a cadeia de suprimentos global de metais e ímãs de terras raras, controlando 92% da fabricação de ímãs em 2020. Os ímãs de terras raras ajudam a alimentar geradores de turbinas eólicas, especialmente para turbinas offshore, e entram em motores de tração para veículos elétricos. A demanda por ímãs de terras raras só deve crescer à medida que os EUA continuam a expandir a energia limpa.

Cientistas da Argonne descobriram em pesquisas anteriores que as interrupções no fornecimento de terras raras podem ter impactos que duram muito além de um evento de curto prazo, criando aumentos de preços que variam dependendo do material específico. Eles descobriram esses padrões usando o modelo Global Critical Materials (GCMat), que pode ser usado para simular desenvolvimentos futuros do mercado e antecipar riscos. O GCMat conta com um método de simulação chamado modelagem baseada em agentes, onde os "agentes" representam produtores, consumidores e outros participantes de um mercado que estão tomando decisões.

"Vários esforços para adicionar capacidade de fabricação de ímãs e processamento de materiais de terras raras estão em andamento, tanto no mercado interno quanto no global", disse Matthew Riddle, cientista assistente de energia da Argonne. "Nos relatórios, destacamos uma variedade desses esforços para melhorar a resiliência da cadeia de suprimentos".

Os metais do grupo da platina, dos quais os EUA são fortemente dependentes de importações, são agentes catalisadores que tornam as reações químicas mais eficientes. Tanto a platina quanto o irídio são importantes para a produção de "hidrogênio verde" para células de combustível, derivando o hidrogênio da água em vez do gás natural. O irídio é um dos mais raros desses metais e não é produzido nos EUA.

"O problema não está necessariamente focado apenas na mineração de matéria-prima", disse Smith. “Os EUA também carecem de produção midstream, onde podemos separar e refinar alguns desses materiais importantes depois de extraídos”.

Os relatórios do DOE capturam em detalhes o cenário atual da cadeia de suprimentos, identificando os principais riscos e oportunidades. Outro obstáculo são os dados limitados em toda a cadeia de suprimentos.

"Um dos desafios para analisar cadeias de suprimentos de materiais críticos é a falta de dados disponíveis publicamente, principalmente sobre as etapas do processo que ocorrem após a mineração", disse Diane Graziano, engenheira química da Argonne.

O relatório de metais do grupo da platina recomendou que os EUA compilassem informações detalhadas sobre fornecedores e fabricantes, o que poderia ajudar a priorizar os investimentos em catalisadores.

Além de impulsionar o refino e a fabricação doméstica de materiais críticos, outras maneiras potenciais de reforçar a cadeia de suprimentos incluem encontrar materiais substitutos mais baratos e mais abundantes e aumentar a capacidade de recuperar e reciclar materiais de baterias em fim de vida e outras fontes.

O relatório de competitividade e comercialização analisa estratégias para trazer tecnologias inovadoras ao mercado e aumentar a competitividade dos EUA no setor de energia limpa. Para isso, apresenta uma estrutura de análise econômica em seis etapas que inclui previsão de demanda, análise de políticas e análise de cenários.

"Não é uma bola de cristal perfeita. Mas conduzir essa análise econômica de ponta a ponta da cadeia de suprimentos, da mineração à reciclagem, nos ajuda a entender as fontes potenciais de vantagem competitiva para os EUA e como sustentá-las", disse Allison Bennett Irion, engenheiro de sistemas e diretor de pesquisa da cadeia de suprimentos da Argonne.

Os especialistas em Argonne que trabalharam nos relatórios do DOE como autores e colaboradores, além de Smith, Graziano, Riddle e Bennett Irion, são Matthew Earlam, Chukwunwike Iloeje, Autumn Kaiser, Iain Hyde, Di-Jia Liu e Pingping Sun. + Explorar mais

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