Вестник РАН, 2020, T. 90, № 1, стр. 56-62

В последние годы Всемирный банк и Организация экономического сотрудничества и развития (ОЭСР), объединяющая 36 стран, в которых проживает так называемый золотой миллиард населения Земли, озабочены двумя вопросами: что делать с парниковым эффектом и потеплением климата и что будет, когда нефть закончится [1, 2]. В своих прогнозах, призванных помочь ответить на эти вопросы, Всемирный банк и ОЭСР рассматривают один безальтернативный вариант – переход на “зелёные” технологии. Однако этот переход, судя по тем же прогнозам, потребует значительного увеличения добычи невозобновляемых видов минеральных ресурсов (в том числе нефти, газа, твёрдых полезных ископаемых) и особенно критических металлов и минералов. Поэтому в ближайшей перспективе неминуемо начнётся освоение пока ещё не востребованных арктических кладовых минеральных ресурсов. Кроме того, можно предположить, что грядёт бум геологоразведочных работ в слабоизученных районах Арктики, направленный на открытие новых месторождений.

В ХХI в. геополитические интересы России последовательно перемещаются на Север – в Арктику. Правительство РФ планирует в ближайшей перспективе создать здесь мощный минерально-сырьевой комплекс на основе развития Северного морского пути [3]. Россия занимает первое место в мире среди арктических стран – производителей минерального сырья [4]. При этом детальные металлогенические исследования выполнены лишь для отдельных регионов российской Арктики, значительная часть которой (более 4 млн км²) остаётся слабоизученной в силу труднодоступности. Перспективы освоения арктических месторождений критических металлов, кроме масштаба и богатства руд, во многом определяются близостью к Северному морскому пути и к судоходным рекам, что значительно повышает рентабельность работы рудников за счёт использования водного транспорта [4].

Несмотря на вековую историю горнодобывающих работ, недра Арктики содержат ещё достаточное количество твёрдых полезных ископаемых (ТПИ). Однако наибольшее значение для горнодобывающей промышленности в настоящее время имеют металлы платиновой группы (МПГ): Di, Ni, Со, Zn, Ti, P₂O₅, Ag, Pb, Fe-руда, Au, Cu и др. Для сравнительного анализа по секторам Арктики количество добытых ТПИ оценено в долларах по среднегодовым ценам на 2017 г. [5, 6]. Такой же сравнительный анализ выполнен и по субъектам Арктической зоны РФ. Кроме того, результаты по Арктике сопоставлялись с глобальными данными (рис. 1), а результаты по российскому сектору – с данными по Арктике в целом (рис. 2). Доля арктического минерального сырья в мировых запасах и добыче вычислялась на основе данных, представленных в работе [5]. Доля арктического минерального сырья в запасах и добыче РФ определена с учётом данных, с которыми можно ознакомиться в докладе [6].

Рис. 1.

Добыча твёрдых полезных ископаемых в Арктике в 2017 г., % глобальной добычи

Рис. 2.

Добыча твёрдых полезных ископаемых в Арктической зоне РФ в 2017 г., % добычи в Арктике в целом

Минеральное богатство достаточно равномерно распределено по основным национальным секторам Арктики (рис. 3). Российский сектор занимает лидирующую позицию по суммарной добыче минерального сырья, на втором месте располагается Канада, на третьем с небольшим отставанием – США. Среди российских регионов по стоимости добываемого сырья лидирует Таймырский округ (ПАО “Норникель”), второе место удерживает Мурманская область (ПАО “Норникель”, ПАО “Фосагро” и ПАО “Северсталь”), третье – Чукотский АО (Кинросс Голд, ОАО “Полиметалл”, “Highland Gold Mining”) (рис. 4).

Рис. 3.

Площади, запасы и добыча твёрдых полезных ископаемых в национальных секторах Арктики, 2017 г.

Рис. 4.

Площади, запасы и добыча твёрдых полезных ископаемых субъектов в Арктической зоне РФ, 2017 г.

На основании данных, представленных на рисунке 3, можно прогнозировать ощутимый рост минерально-сырьевого сектора Арктики – в пределах 1.5–2 раз. Наибольшим потенциалом роста добычи ТПИ обладает практически неосвоенная территория Гренландии. С большой вероятностью стоит ждать открытия новых крупных месторождений в арктических секторах России, США и Канады, тогда как в старопромышленных регионах Скандинавских стран в ближайшей и среднесрочной перспективе, скорее всего, продолжится стагнация добычи минерального сырья. Как видно из рисунка 4, перед российским минерально-сырьевым сектором в Арктике также открываются большие перспективы, лидерами роста добычи ТПИ должны стать практически неосвоенные территории северных улусов Якутии, Таймыра, Чукотки, а также территории Архангельской области и Республики Карелия.

“Зелёные” технологии. Термин “технология” означает применение знаний в практических целях. Определение “зелёные” указывает, что речь идёт о воздействии человека на окружающую среду. Главная цель “зелёных” технологий – удовлетворение сегодняшних потребностей без ущерба для способности будущих поколений удовлетворять свои собственные потребности. Согласно классификации ОЭСР [7], “зелёные” технологии охватывают следующие сферы: общее экологическое управление (управление отходами, борьба с загрязнением воды, воздуха, восстановление земель и пр.); производство энергии из возобновляемых источников (солнечная энергия, биотопливо и пр.); смягчение последствий изменения климата, снижение вредных выбросов в атмосферу, повышение эффективности использования топлива, а также энергоэффективности в зданиях и осветительных приборах. Таким образом, понятие “зелёные” технологии подразумевает использование науки и техники для защиты окружающей среды. Особенно важны подобные технологии для поддержания очень чувствительной арктической природы.

“Зелёные” нанотехнологии – это применение принципов “зелёной” химии и “зелёной” инженерии (“философский камень” будущего) в масштабе одной миллиардной метра. Нанотехнологии, как ожидается, трансформируют способ производства и позволят реанимировать повреждённую экосистему планеты. По имеющимся оценкам, “зелёные” технологии вызовут перемены такого же масштаба, что и компьютерные технологии. На ранней стадии невозможно предсказать, какими именно будут изменения в повседневной жизни каждого человека вследствие применения “зелёных” технологий, но возможно обозначить проблемы и вызовы, обусловленные разворачиванием нового технологического тренда. Пожалуй, наиболее актуальная проблема – разработка альтернативных видов топлива и новых способов получения энергии. Однако на протяжении определённого периода (до 2060 г.) новые технологии должны будут использоваться наряду со старыми, а для подготовки к “зелёному” переходу потребуется резкое увеличение добычи невозобновляемых минеральных ресурсов. К 2060 г. в результате “зелёного” перехода мировой спрос на металлы, по расчётам экспертов, возрастёт больше, чем на любое другое сырьё, – с 8 до 20 гигатонн в год [7].

Батарейные, высокотехнологичные и критические металлы. В последнее десятилетие развитые страны (США, страны ЕС, Япония, Южная Корея, Великобритания и Австралия) проводили специальные исследования для оценки минерально-сырьевого потенциала критических металлов и минералов. К критическим видам в мире в основном относят то минеральное сырьё, которое лежит в основе высоких технологий (“зелёных”) и имеет важнейшее значение для поступательного развития многих отраслей промышленности.

В докладе Национальной академии наук США приведено следующее определение: “Минеральное сырьё может рассматриваться как критическое для экономики, если у него имеется ограниченное число удовлетворительных заменителей или последних вообще не существует” [8]. В русскоязычной литературе в качестве синонима используется термин “стратегический”.

Выделяются две основные группы комплексных месторождений критических металлов: первая – собственные месторождения, руды которых содержат комплекс редких металлов и редкоземельных элементов; вторая – комплексные месторождения чёрных и цветных металлов, нерудного сырья, углей и других полезных ископаемых, в которых критические металлы являются попутными компонентами. К последним относятся многие из критических металлов и полуметаллов (Bi, Cd, Se, Te, Ge, Ga, In, Tl, Te, Se, Re, Sc, Hf), получаемых в качестве побочных продуктов и извлекаемых на поздних стадиях металлургического процесса. Во многих случаях в комплексных рудах эти металлы плохо изучены, поэтому они характеризуются весьма неопределёнными оценками ресурсов как в России, так и в мире. Главные источники попутных металлов – сульфидные руды меди, свинца и цинка, молибдена, а также некоторые типы вольфрамовых, оловянных, урановых месторождений, бокситы и россыпные месторождения. Эти металлы часто называют металлами-спутниками.

Прогнозируемый Международным энергетическим агентством (МЭА) рост мирового спроса на электромобили заставляет автомобильную промышленность обратить пристальное внимание на запасы так называемых батарейных металлов, необходимых для выпуска аккумуляторов. К ним относятся Li, Ni, Co, графит и редкоземельные металлы (РЗМ). По данным МЭА, в прошлом году в мире эксплуатировалось 2 млн электромобилей, к 2040 г. их число достигнет, как минимум, 40 млн [9]. К 2025 г. электрокары будут стоить столько же, сколько машины с двигателями внутреннего сгорания. Поэтому кобальт, один из главных батарейных металлов, подорожал за последние полтора года более чем на 190%. По прогнозу МЭА, спрос на кобальт к 2020 г. удвоится, достигнув 200 тыс. т в год [9]. Обеспечить поставки кобальта труднее всего, поскольку 65% его добычи приходится на Демократическую Республику Конго, одну из беднейших и наиболее политически нестабильных стран мира.

В России основное производство батарейных металлов сосредоточено в Арктической зоне – в Норильске и Мурманской области [4, 10]. Так, 6% поставок кобальта и 12% никеля в мире контролирует ПАО “Норникель”. В Норильске находится седьмая часть всех мировых запасов никелевых руд, поэтому “Норникель” начал модернизировать своё производство, стремясь увеличить поставку металлов для Li-ионных и других современных аккумуляторов.

По оценкам экспертов [9], литий станет катализатором грядущей “зелёной” революции. В связи с ажиотажным спросом в ближайшие годы может возникнуть его нехватка, к 2030 г. спрос предположительно вырастет в 4 раза. Литиевые аккумуляторы могут быть любой формы, начиная от размера со стол и заканчивая классическими конструкциями. Уже сегодня в Китае планируют перевести весь общественный транспорт на Li-ионные аккумуляторы, а Норвегия до 2025 г. и вовсе планирует отказаться от бензиновых двигателей. 2018 год стал знаковым для мировых инвесторов. Спрос на карбонат лития подскочил на 300%, никель подорожал в 1.5 раза, медь и алюминий – на 25%. Для производства 500 тыс. электромобилей в год придётся скупить весь Li в мире [9].

На территории России лучшими параметрами по запасам и содержанию Li₂O отличаются Колмозёрское и Полмостундровское месторождения Мурманской области (34% общероссийских запасов) [11]. Кроме того, эти же месторождения содержат 14% российских запасов бериллия и около 3% тантала. В России применение Li и его соединений до сих пор ограничивалось в основном оборонной промышленностью. Развивая высокотехнологичную “зелёную” индустрию, Россия будет наращивать использование лития. По всей вероятности, к 2025 г. потребность в этом металле возрастёт в России в несколько раз по сравнению с современным уровнем и составит не менее 3 тыс. т в год [11]. По прогнозам МЭА, мировой спрос на соединения Li в 2020 г. увеличится более чем в 2 раза, а к 2040 г. может возрасти в 4 раза [9].

Кроме батарейных, в Российской Арктике добывается ещё ряд важнейших “высокотехнологичных” металлов [10], к которым относят Ro, Mn, In, Nb, Ga, Cu, Ta, Pd, Pt, V, Ti, Te, Se, Hf, Zr, Re, Ge, Cd и 17 так называемых лантаноидов – редкоземельных металлов во главе с лантаном. Все они критически важны для наукоёмких отраслей экономики и “зелёного” перехода [7]. По мнению некоторых аналитиков, дефицит этих металлов наступит раньше, чем последняя капля нефти сгорит в двигателе автомобиля.

Для каждой отрасли имеется свой перечень ключевых элементов [7]. Для автопрома это Rh, Pd, Pt, V, Nd и La, для волоконной оптики и электроники – Ge, Ga, In, Eu, для специальных сталей и сверхтвёрдых сплавов – Nb, Mo, W, Ta, Ti, Sc, Re. Изготовление высокоточной оптики немыслимо без La и Ce, в солнечной энергетике незаменимы Те, In, Ga и Se, а без Ti, Sc и Re не поднимется в небо ни один реактивный самолёт. С каждым годом перечень критически важных для промышленности металлов становится всё длиннее. Только поставки молибдена благодаря существованию развитой минерально-сырьевой базы, не доставляют головной боли промышленности [10]. Остальные металлы по разным причинам относятся к категории критических.

Наиболее острая ситуация складывается с родием и платиной. Каждый современный автомобиль оснащается катализатором, в котором содержатся эти платиноиды, в природе встречающиеся только вместе. Мировое производство родия, стоимость которого равна фантастическим 9 тыс. долл. США за тройскую унцию (31.1 г), составляет примерно 50 т в год и практически достигло пика как в заполярном Норильске, так и в районе рифа Меренского в Южной Африке. Заменителей для Rh и Pt найти не удаётся. Предполагается, что рост числа электромобилей приведёт к уменьшению количества автомобилей с катализаторами [9]. Однако “зелёный” автопром нуждается в тех же РЗМ, что и обычный, а их производство сегодня обеспечивается только одним, хотя и гигантским месторождением Байян-Обо в КНР. Суммарное количество РЗМ, добываемое в Байян-Обо, составляет 125 тыс. т в год, в том числе 20 тыс. т неодима и 40 тыс. т лантана [12]. Аккумуляторы новейших гибридных автомобилей Toyota Prius и Honda Insight, как и автомобилей других компаний, включая китайские, содержат минимум 12 кг La, 30 кг Ni и 2 кг Co. Такие батареи не стареют: начиная с 1999 г. компания “Toyota” продала уже более 1 млн гибридов, и аккумуляторы этих автомобилей успешно служат до сих пор [9]. Альтернатива китайским поставкам РЗМ есть: богатейшее месторождение Маунтин-Пасс в горах пустыни Мохаве (США), австралийские Дуббо и Арафура и, конечно, месторождения в Арктической зоне России (Хибинская группа, Ковдор, Ловозёрское, Томтор и др.). Однако для увеличения добычи РЗМ за счёт этих объектов потребуется не менее 10 лет.

Редкоземельные металлы, группа из 17 металлов, включающая La, Sc, Y и др., как правило, встречаются в природе совместно. Основные источники РЗМ – минералы бастнезит, монацит, лопарит и ионно-абсорбционные руды. Рентабельных для разработки месторождений РЗМ в мире сравнительно мало [13]. Наибольшая часть мировых извлекаемых запасов РЗМ сосредоточена в бастнезитовых месторождениях КНР (48%). Крупные запасы имеются также в месторождениях монацита в Австралии, Бразилии, КНР, Индии, Малайзии, ЮАР, Шри-Ланке, Таиланде и США. Мировые запасы РЗМ оцениваются в 120 млн т [5], запасы России составляют 20% от этой цифры [6]. Мировая добыча РЗМ в последние полтора десятилетия росла весьма быстрыми темпами. В 2017 г. объём добычи достиг 130 тыс. т [5]. Согласно прогнозам, к 2020 г. спрос на РЗМ вырастет до 200 тыс. т, из которых 130–150 тыс. пойдёт на самообеспечение Китая. Больше 30% потребления РЗМ пришлось в 2017 г. на производство магнитов электродвигателей [6]. Устойчивый рост использования РЗМ также наблюдался при производстве батарей, оптического стекла и керамики [5]. В целом потребление РЗМ в мире увеличивается в последние годы на 5% ежегодно. В 2017 г. экспортные китайские квоты РЗМ составили 38 тыс. т при соотношении лёгких и тяжёлых, равном 7:1 [5]. В 2018 г. доля Китая составляла более 86% мирового производства. Новые проекты по разработке месторождений в других странах в 2017 г. дали суммарно всего 25 тыс. т РЗМ. Следует отметить, что по ценности 1 т руды (в долларах США) среди новых осваиваемых объектов в мире третье место занимает месторождение Томтор в Арктической зоне России [13].

С месторождениями в Арктической зоне связаны практически все балансовые запасы РЗМ России [4, 6, 11]. Основная доля – более 40% – заключена в разрабатываемых Хибинских месторождениях апатит-нефелиновых руд. Остальные запасы приходятся на комплексные лопаритовые руды (совместно с Та, Nb, Ti) Ловозёрского месторождения (более 25%) и на коры выветривания редкометальных карбонатитов месторождения Томтор, содержащие попутный Nb (около 10%) [6]. Все РЗМ в России извлекаются из лопаритовых руд Ловозёрского месторождения. Полученный лопаритовый концентрат с содержанием оксидов редкоземельных металлов (РЗО) на уровне 28–30% направляется на металлургическую переработку на Соликамский металлургический завод, где из него производятся карбонаты и оксиды смешанных РЗО [6]. Свыше 70% редкоземельных элементов используется на предприятиях ОАО “Российская электроника” и холдинга “Швабе” (входят в ГК “Ростех”), 20–25% – в системе Росатома, 5% – в металлургическом секторе (как добавки к легированным сталям), остальное – нефтехимией и другими отраслями [6].

Согласно Госпрограмме “Развитие промышленности и её конкурентоспособности на период до 2020 г.” [14], Россия к 2020 г. должна выйти на самообеспечение РЗМ и полностью отказаться от импорта [11]. По расчётам Минпромторга России, спрос на РЗМ в нашей стране к 2020 г. составит 5–7 тыс. т, по оптимистичному прогнозу – до 13 тыс. т. В расчётах предусмотрен ежегодный экспорт на уровне 7–10 тыс. т в том случае, если программа будет реализована в полном объёме. Необходимо отметить, что при ежегодной переработке более 7 млн т апатита, извлекая попутно РЗМ, Россия смогла бы удовлетворить почти 50% мирового спроса.