Γράφει ο Νικόλαος Αρβανιτίδης, Δρ. Οικονομικός Γεωλόγος
*
Οι Σπάνιες Γαίες (ΣΓ)/Rare Earth Elements (REE) και άλλα κρίσιμα μεταλλικά ορυκτά αποτελούν απαραίτητες πρώτες ύλες για την ανάπτυξη και εφαρμογή της τεχνητής νοημοσύνης (ΤΝ)/Artificial Intelligence (AI). Η σχέση αυτή είναι αμφίδρομη: αφενός, η ΤΝ χρειάζεται αυτά τα ορυκτά για να υπάρξει και να λειτουργήσει, αφετέρου, η ίδια η ΤΝ χρησιμοποιείται για να βελτιώσει την κοιτασματολογική έρευνα για τον εντοπισμό και την αξιοποίησή τους.
Ακολουθεί μια ανάλυση της χρήσης τους και του κρίσιμου ρόλου τους.
Ο ρόλος των σπάνιων γαιών στην Τεχνητή Νοημοσύνη
Οι ΣΓ και άλλες κρίσιμες ορυκτές πρώτες ύλες (ΚΟΠΥ) είναι θεμελιώδη σε πολλές βασικές τεχνολογίες που υποστηρίζουν την ΤΝ. Χωρίζονται σε τρεις βασικούς τομείς:
1. Στα ηλεκτρονικά και τσιπ
- Ημιαγωγοί (Γάλλιο, Γερμάνιο): Χρησιμοποιούνται σε υψηλής απόδοσης τσιπ και μεταφορείς ισχύος, που είναι ζωτικής σημασίας για τους επεξεργαστές γραφικών (GPU) που τρέχουν αλγόριθμους ΤΝ.
- Σπάνιες Γαίες (Υττριο, Γαδολίνιο): Ενισχύουν τη σταθερότητα και την απόδοση ημιαγωγών.
- Παλλάδιο: Χρησιμοποιείται σε προηγμένα AI τσιπ και αισθητήρες.
2. Στα δεδομένα και τη διασύνδεση
- Μόνιμοι Μαγνήτες (Νεοδύμιο, Δυσπρόσιο): Βρίσκονται στους κινητήρες των ανεμιστήρων ψύξης των servers και των κέντρων διαχείρισης και διάθεσης ψηφιακών δεδομένων (data centers). Επίσης, βοηθούν στην επεξεργασία δεδομένων στους σκληρούς δίσκους.
- Γερμάνιο: Βασικό συστατικό στις οπτικές ίνες για υψηλής ταχύτητας μεταφορά δεδομένων.
- Ταντάλιο: Χρησιμοποιείται στα πυκνωτές των μικροτσίπ.
3. Στην υποδομή ενέργειας
Η ΤΝ απαιτεί τεράστια ποσά ενέργειας. Αυτό αυξάνει τη ζήτηση για:
- Χαλκό: Για καλώδια μεταφοράς ρεύματος και συστήματα ψύξης στα data centers.
- Αλουμίνιο: Για πλαίσια servers και ψύκτες.
- Λίθιο & Κοβάλτιο: Σε συστήματα εφεδρικών μπαταριών (UPS).
Η ΤΝ βοηθά στην ανακάλυψη και την αποδοτικότερη χρήση τους
Παράλληλα, η ΤΝ αποτελεί πολύτιμο εργαλείο για να αντιμετωπιστούν οι προκλήσεις της παγκόσμιας τροφοδοσίας και προμήθειας. Συγκεκριμένα:
- Συμβολή στον εντοπισμό κοιτασμάτων: Τα εργαλεία ΤΝ, όπως το μοντέλο της ομάδας GAIA του Εθνικού Εργαστηρίου Τεχνολογίας Ενέργειας των ΗΠΑ (National Energy Technology Laboratory /NETL), αναλύουν γεωλογικά δεδομένα για να προβλέψουν την παρουσία ΚΟΠΥ σε μη παραδοσιακές πηγές, όπως είναι τα ιστορικά μεταλλευτικά απόβλητα ή ιζηήματογενείς σχηματισμοί. Αυτή η τεχνολογία ήταν καθοριστική για την ανακάλυψη της μεγαλύτερης πηγής «μαγνητικών» ΣΓ τις ΗΠΑ στο Brook Mine του Wyoming.
- Βελτιστοποίηση των υφιστάμενων τεχνολογιών: Εταιρείες όπως η ZF Friedrichshafen AG χρησιμοποιούν αλγόριθμους ΤΝ για την ακριβέστερη πρόβλεψη της θερμοκρασίας στους ηλεκτρικούς κινητήρες. Αυτό επιτρέπει τη βελτιστοποίηση του σχεδιασμού και μπορεί να οδηγήσει σε μείωση της ποσότητας των ΣΓ που απαιτούνται στους μόνιμους μαγνήτες.
Γεωπολιτικές προκλήσεις και προοπτικές
Ο κρίσιμος ρόλος των ΣΓ και άλλων ΚΟΠΥ δημιουργεί σημαντικές γεωπολιτικές προκλήσεις και μια παγκόσμια προσπάθεια για μεγαλύτερη αυτάρκεια:
- Κυριαρχία της Κίνας: Η Κίνα ελέγχει σήμερα το ~70% της παγκόσμιας παραγωγής ΣΓ και μέχρι και το 98% της προμήθειας γαλλίου και ~60% του γερμανίου. Η ΕΕ εισάγει το 98% των σπάνιων γαιών που χρειάζεται, κυρίως από την Κίνα.
- Προσπάθειες για διαφοροποίηση
- Ελλάδα & ΕΕ: Στην Ελλάδα έχουν εντοπιστεί δυναμικά κοιτάσματα, στη βάση σχετικών επενδύσεων (π.χ. για παραγωγή γαλλίου από βωξίτη). Η Ευρωπαϊκή Ένωση στοχεύει στη δημιουργία κυρίαρχων συστημάτων ΤΝ, για να μειώσει την εξάρτηση από την αμερικανική τεχνολογία.
- ΗΠΑ: Επενδύει σε εγχώρια εξόρυξη και επεξεργασία. Το Υπουργείο Ενέργειας υποστηρίζει έργα που χρησιμοποιούν ΤΝ για να επιταχύνουν την εξόρυξη.
- Εναλλακτικές δυνατότητες και ανακύκλωση: Γίνεται έρευνα για την ανάπτυξη μαγνητών χωρίς σπάνιες γαίες και τεχνολογιών αποδοτικής ανακύκλωσης από ηλεκτρονικά απόβλητα.
Συμπέρασμα
Οι ΣΓ και άλλες ΚΟΠΥ δεν είναι απλώς χρήσιμα, αλλά απαραιτητά για την ύπαρξη της σύγχρονης ΤΝ. Ωστόσο, η στενή γεωπολιτική συγκέντρωση της παραγωγής τους, κυρίως στην Κίνα, δημιουργεί κινδύνους για τις παγκόσμιες αλυσίδες προμήθειας. Η αντιμετώπιση αυτών των προκλήσεων περιλαμβάνει τριπλή στρατηγική: χρήση της ίδιας της ΤΝ για την επιτάχυνση της ανακάλυψης νέων κοιτασμάτων, αύξηση της εγχώριας παραγωγικής ικανότητας σε χώρες όπως η Ελλάδα και οι ΗΠΑ, και επένδυση σε εναλλακτικές λύσεις και στην ανακύκλωση. Η διασφάλιση της πρόσβασης σε αυτες τις ΚΟΠΥ καθορίζει την τεχνολογική ηγεμονία του μέλλοντος.
Ποιες είναι οι ποσότητες ΣΓ/REE σε κυρίαρχες χρήσεις τους
Οι ποσότητες των ΣΓ που χρησιμοποιούνται σε κάθε τεχνολογία και σχετικό προϊόν διαφέρουν σημαντικά, από τα γραμμάρια σε ένα κινητό τηλέφωνο μέχρι τους τόνους σε μεγάλες ανεμογεννήτριες.
Συγκεκριμένα μεγέθη για κάθε κατηγορία είναι.
Κινητά τηλέφωνα και Μικρά ηλεκτρονικά
Οι ποσότητες εδώ είναι πολύ μικρές, αλλά απαραίτητες.
- Κινητό Τηλέφωνο: Περιέχει λιγότερο από 1 γραμμάριο (συνήθως 0,5 – 1,0 γρ.) από ένα μείγμα ΣΓ. Αυτά βρίσκονται στον δονητή, τα ηχεία, το μικρόφωνο (ως μαγνήτες νεοδυμίου) και στην οθόνη (ως φωσφορίτες ευρωπίου, υττρίου για τα χρώματα).
- Σκληρός Δίσκος (HDD): Απαιτεί περίπου 15-20 γραμμάρια (g) νεοδυμίου για τον ισχυρό μαγνήτη που θέτει και διαβάζει τα δεδομένα.
Ηλεκτρικά Οχήματα (ΗΟ)/ Electric Vehicle (EV)
Η κύρια χρήση είναι στους κινητήρες.
- Κινητήρας επαγωγής (Tesla Model 3/Y): Χρησιμοποιεί χαλκό και δεν έχει μαγνήτες ΣΓ.
- Κινητήρας μόνιμου μαγνήτη: Χρειάζεται 1-3 κιλά (kg) ΣΓ ανά κινητήρα, κυρίως νεοδύμιο, πρασεοδύμιο και συχνά δυσπρόσιο. Ένα τυπικό ΗΟ (Σχ. 1) μπορεί να περιέχει συνολικά 2-5 κιλά ΣΓ (συμπεριλαμβανομένων του κινητήρα, των ηχείων, των μικροκινητήρων, κ.λπ.).
- Μπαταρία Νικελίου NiMH (όπως στα υβριδικά Toyota): Μπορεί να περιέχει 10-15 κιλά λανθανίου και άλλα ΣΓ.
Ανεμογεννήτριες
Η ποσότητα εξαρτάται άμεσα από το μέγεθος του στρόβιλου/τουρμπίνας και τον τύπο της γεννήτριας (Σχ. 1).
- Ανεμογεννήτρια εναλλασσόμενου ρεύματος με ταχύτητα (με κιβώτιο ταχυτήτων): Χρησιμοποιεί γεννήτριες με χαλκό και μπορεί να μην έχει καθόλου ή να έχει πολύ λίγους μαγνήτες ΣΓ.
- Ανεμογεννήτρια Direct–Drive με Μόνιμους Μαγνήτες: Αυτή η σύγχρονη, χαμηλής συντήρησης σχεδίαση απαιτεί τους περισσότερους μαγνήτες. Μια ανεμογεννήτρια ισχύος 3-5 μεγαβάτ (MW) μπορεί να χρειαστεί 600 έως 2.000 κιλά νεοδυμίου-μαγνητικής σύνθεσης. Το καθαρό βάρος ΣΓ (νεοδύμιο, δυσπρόσιο) σε αυτά τα κιλά μπορεί να είναι 200-400 κιλά ανά στρόβιλο.
Τσιπ και Ημιαγωγοί
Εδώ, οι ΣΓ χρησιμοποιούνται σε ελάχιστες ποσότητες ως πρόσμιξη για να βελτιώσουν ιδιότητες, όχι ως βασική πρώτη ύλη.
- Διάθλαση σε κάμερα/φακό: Χρησιμοποιείται λανθάνιο για να αυξήσει τον δείκτη διάθλασης.
- Επεξεργασία πυριτίου / Φωσφορίτες LED: Για την παραγωγή φωσφοριτών για μικρο-LED και οθόνες OLED, χρησιμοποιούνται ευρώπιο, τέρβιο, υττριο σε ποσότητες που μετρώνται σε χιλιοστά του γραμμαρίου ανά τσιπ.
- Σε ημιαγωγούς: Η παγκόσμια ζήτηση για ΣΓ στην παραγωγή ημιαγωγών ήταν ~160.000 τόνοι ετησίως το 2026.
