Las interrupciones de tierras raras tienen efectos de gran alcance, como muestra el modelo informático

Los materiales de tierras raras son esenciales en muchas industrias. Un nuevo estudio de Argonne está examinando los efectos de las interrupciones del suministro, como el tiempo de inactividad de la mina.

Desde teléfonos hasta luchadores, que dependen de una serie de dispositivos y máquinas. extraños elementos de la Tierra que se extraen y refinan principalmente en China. Las interrupciones del suministro pueden tener consecuencias de gran alcance, pero comprenda cómo estas interrupciones juegan un papel mercados mundiales está limitado. Los científicos del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE) están utilizando un modelo informático único para comprender los efectos.

La mayoría de los 17 artículos clasificados como metales de tierras raras de hecho, no son infrecuentes, pero extraerlos del suelo y separarlos es difícil y costoso. Las tierras raras son esenciales para muchas tecnologías emergentes, incluidas las que apoyan el futuro de la energía limpia. Estos incluyen neodimio, praseodimio y disprosio, que son componentes de imanes permanentes de ahorro de energía utilizados en turbinas eólicas y vehículos eléctricos; y gadolinio, que puede reconocerse como agente de contraste antes de la resonancia magnética. El gobierno de EE. UU. Clasifica estos elementos como materiales críticos en parte debido a su importancia en la fabricación de productos que apoyan la seguridad nacional.

China domina las tierras raras del mundo mercado. El país produce aproximadamente el 58 por ciento de las tierras raras extraídas y controla alrededor del 85 por ciento de la capacidad de refinación del mundo. En 2020, Estados Unidos representó más del 15 por ciento de la extracción de metales de tierras raras, pero este material se exporta para procesamiento y producción de valor agregado.

Los suministros de tierras raras pueden verse afectados por muchos eventos diferentes, incluidos desastres naturales, disputas laborales, retrasos en la construcción y, en este momento, todos están pensando en una pandemia.

EN un estudio publicado recientemente, Los investigadores de Argonne analizaron los efectos potenciales de tres escenarios de interrupción del suministro en 10 tierras raras, junto con varios compuestos asociados, para determinar el impacto en el mercado. Utilizaron la herramienta Argonne Global Critical Materials (GCMat) para realizar el análisis, que contó con el apoyo de la Agencia de Logística de Defensa del Departamento de Defensa de EE. UU.

GCMat es un modelo basado en agentes que es una plataforma informática para simular las interacciones entre diferentes entidades en un sistema dado. Esto brinda la oportunidad de pronosticar la dinámica del mercado de tierras raras al modelar las decisiones que pueden tomar los proyectos mineros individuales, los productores y los consumidores. Estos “agentes” actualizan constantemente los precios de sus productos, compras de suministros, volúmenes de producción y planes de capacidad en respuesta a los precios del mercado y la disponibilidad de suministros.

“Con el modelado basado en agentes, podemos capturar lo que está sucediendo en el mercado con mucha mayor precisión y detalle de lo que sería posible con otros tipos de modelado”, dijo Matthew Riddle, científico de energía asistente de Argonne y autor principal del estudio.

El equipo de GCMat utiliza el clúster Bebop de alto rendimiento de Argonne en el Centro de recursos informáticos de laboratorio para calibrar el modelo y evaluar la incertidumbre en una amplia variedad de escenarios de mercado.

“El modelado basado en agentes analiza los parámetros que desencadenan decisiones, como la apertura o el cierre de minas, y cómo esas decisiones pasan por el mercado y la cadena de suministro”, dijo Allison Bennett Irion, coautora del estudio y presidenta de Argonne’s Advanced. Iniciativa de análisis de la cadena de suministro.

Los resultados del estudio indicaron qué elementos de tierras raras pueden ser particularmente vulnerables a las perturbaciones. El mayor aumento de precio en respuesta a la perturbación se produjo para el óxido de disprosio, que se utiliza en imanes permanentes, aleaciones especiales y otras aplicaciones. También se descubrió que el óxido de didimo, que es una mezcla de neodimio y praseodimio, es susceptible a la subida de los precios.

En general, el análisis mostró que en los escenarios temporales, un año de interrupción de las exportaciones y dos años de cierre de la mina, el impacto de los precios generalmente se extiende más allá del período de interrupción. Los efectos sobre la producción, la capacidad y la demanda también pueden durar más tiempo. El modelo sugería que era poco probable que algunas minas que habían comenzado fuera de China en respuesta a la interrupción pudieran continuar operando una vez que se restablecieran los suministros originales.

El equipo de GCMat ahora está trabajando en cambios en el modelo que ayudarán a alinearlo con los objetivos de reducción de gases de efecto invernadero de EE. UU. Refuerzan la representación de los mercados de imanes de tierras raras para motores energéticamente eficientes, incluidos los utilizados en turbinas eólicas y vehículos eléctricos. Y nuevos modelos de baterías de iones de litio basados ​​en agentes la cadena de suministros evaluará cómo la escasez global de materiales podría afectar la adopción de tecnologías de baterías importantes para los mercados de vehículos eléctricos.

GCMat, que también contó con el apoyo de la antigua Oficina de Análisis de Sistemas y Políticas Energéticas del DOE, se basa en Repast Simphony de Argonne, un conjunto de herramientas de código abierto para implementar y usar modelos basados ​​en agentes.

“En Argonne, podemos aprovechar nuestra experiencia en varios sistemas de energía, por ejemplo, baterías, y combinar esto con capacidades únicas de modelado y cálculo para realizar dicha investigación”, dijo Riddle.

Los científicos también planean utilizar GCMat para evaluar la efectividad de estrategias como el reciclaje, el mantenimiento y la diversificación del suministro para reducir la gravedad de las interrupciones en raras ocasiones. tierra mercados.

El estudio “Modelado basado en agentes de las interrupciones del suministro en el mercado mundial de tierras raras” se publicó en la edición de enero. Recursos, conservación y reciclaje.