rfr · H90WRFR10 · 2022-05-04 00:00:00 — Substitution of critical raw materials in low-carbon technologies: lighting, wind turbines and electric vehicles. Pegoretti, V. C. B., Dixini, P. V. M., Smecellato, P. C., Biaggio, S. R., & Freitas, M. (2017). Thermal synthesis, characterization and electrochemical study of high-temperature (HT) LiCoO2obtained from Co(OH)2recycled of spent lithium ion . Bulletin, 86, 5–9. , C., Hamuyuni, J., , B. P., & , M. (2018). Selective reductive leaching of cobalt and lithium from industrially crushed waste Li- ion in sulfuric acid system. E. O. C., & , M. (2010). Hydrometallurgical separation of rare earth elements, cobalt and nickel from spent nickel-metal-hydride . , 195(11), 3735–3741. E., , S. P., , P. C., & Scarminio, J. (2017). Re-synthesis of LiCoO2extracted from spent Li-ion with low and high state of health. Materials Chemistry and Physics, 194, 97–104. , “Lithium, Outlook to 2030,” [Online]. [Accessed 28 11 2020]. Srivastava, R. R., , M. S., , J. C., Jha, M. K., & , B. (2014). Resource recycling of superalloys and hydrometallurgical challenges. , 49(14), 4671–4686. Tagray, “Lithium Carbonate Powder for ,” [Online]. Available: bonate. Takacova, Z., Havlik, T., Kukurugya, F., & Orac, D. (2016). Cobalt and lithium recovery from mass of spent Li-ion : Theoretical and experimental approach. Hydrometallurgy, 163, 9–17. Torkaman, R., Asadollahzadeh, M., Torab-Mostaedi, M., & Ghanadi Maragheh, M. (2017). Recovery of cobalt from spent lithium ion by using FOU OM ÅTERVINNING AV INNOVATIONSKRITISKA METALLER OCH BILAGA 2 acidic and basic extractants in solvent extraction process. Separation and Pu- rification Technology, 186, 318–325. Ueberschaar, M. (2017). Assessing recycling strategies for critical raw materials in waste electrical and electronic equipment. , H., , , , Y., , X., , , , S., … Li, P. (2017). Recovery of Lithium, Nickel, and Cobalt from Spent by Selective Ammonia Leaching and an . ACS Sustainable Chemistry & , 5(12), 11489–11495. Willuhn, M., “Zero-waste ,” PV Magazine, 2020. Xi, X., Xiao, X., Nie, Z., , L., & Ma, L. (2017). Electrolytic separation of cobalt and tungsten from cemented scrap and the electrochemical behavior of metal ions. , 794(April), 254–263. Barriärer och styrmedel för återvinning av innovationskritiska metaller: lärdomar från forskningslitteraturen Rapport på uppdrag av () Nationalekonomiska enheten 971 87 BARRIÄRER OCH STYRMEDEL FÖR ÅTERVINNING AV INNOVATIONSKRITISKA METALLER: LÄRDOMAR FRÅN FORSKNINGSLITTERATUREN BILAGA 3 beslutade näringsutskottet i riksdag att ge mandat för utskottets grupp för uppföljning och utvärdering att fatta beslut om att ta fram en forskningsöversikt om innovationskritiska metaller och mineraler. Föreliggande rapport utgör en del av denna översikt, och fokuserar på barriärer och styrmedel för ökad återvinning av innovationskritiska metaller. Scenarier över den framtida användningen av metaller och visar på en ökad efterfrågan på global nivå; detta gäller både för de traditionella bulkmetallerna såsom koppar, aluminium och stål men inte minst för de så kallade innovationskritiska metallerna. I denna grupp ingår exempelvis litium, kobolt, grafit, vanadin, rhenium, platinagruppens metaller (bl a platina och ), samt en rad olika så kallade sällsynta jordartsmetaller. Det ”innovativa” kopplat till dessa metaller handlar om att efterfrågan i stor utsträckning kan relateras till den omfattande tillväxten i informations- och kommunikationsteknologin samt till klimatomställningen. Det senare syftar t.ex på utbyggnaden av vindkraft och solenergi samt den pågående elektrifieringen av industri- och transportsektorerna. Det globala behovet av kobolt och litium härrör från tillverkningen av (litium-jon) batterier, medan sällsynta jordartsmetaller (t ex dysprosium och neodym) används i magneter, elmotorer, legeringar och kretskort. Det ”kritiska” med de innovationskritiska metallerna handlar om att dagens tillgänglighet på dessa är förhållandevis låg i förhållande till det växande behovet. Detta knyter även an till tillgången på substitutmaterial samt konsekvenserna för samhället som helhet utifall det uppstår en brist. Produktionen av de innovationskritiska metallerna är ofta starkt koncentrerad till vissa länder och regioner, bland annat som står för en hög andel () av världens primära produktion av sällsynta jordartsmetaller. En viktig strategi för att säkerställa den framtida tillgången på innovationskritiska metaller är att främja ökad återvinning av dessa metaller. Den svenska handlingsplanen för en cirkulär ekonomi lyfter fram återvinning av innovationskritiska metaller och som en prioriterad värdekedja i omställningen till en cirkulär ekonomi. Överlag är dagens återvinningsgrader för innovationskritiska metaller mycket låga; utav den globala produktionen av vissa sällsynta jordartsmetaller står sekundär produktion exempelvis endast för 3–. Motsvarande återvinningsgrader för koppar, aluminium och stål är betydligt högre, och för dessa metaller har förhållandevis effektiva skrotmarknader växt fram . Det material som handlas på dessa marknader är i huvudsak stora volymer av lättillgängligt skrot (ibland direkt från industrin). Den tydliga trenden är dock att metallanvändningen i samhället blir alltmer komplex, och det påverkar förutsättningarna för ökad återvinning, inte minst av innovationskritiska metaller. nyttjas ofta ett stort antal metaller BILAGA 3 BARRIÄRER OCH STYRMEDEL FÖR ÅTERVINNING AV INNOVATIONSKRITISKA METALLER: LÄRDOMAR FRÅN FORSKNINGSLITTERATUREN i en och samma produkt (om än i små mängder), detta i form av olika lege- ringar men även andra kombinationer av material. I denna rapport syntetiseras tidigare forskning som på olika sätt berör bar- riärer för återvinning av metaller och , samt vilken roll politiska styr- medel kan spela för att överkomma dessa barriärer. Fokus är på de innova- tionskritiska metallerna, och den komplexitet som kännetecknar användningen av dessa metaller . Förutsättningarna för ökad metallåtervinning skiljer sig ofta åt beroende på såväl material men inte minst på i vilka produkter dessa 1.2 Syfte och avgränsningar Syftet med rapporten är att – med utgångspunkt i tidigare forskning – identifiera och diskutera olika typer av barriärer för ökad återvinning av innovationskritiska metaller, samt redogöra för några viktiga lärdomar för utformningen av politiska styrmedel som kan främja återvinningen. Den forskning som är direkt relevant för syftet med denna rapport är relativt begränsad, bland annat eftersom det finns få empiriska erfarenheter av styrmedel som är utformade för att främja återvinningen av specifikt innovationskritiska metaller. Av denna anledning är det meningsfullt att konsultera den teoretiska (konceptuella) forskningen om incitament för materialåtervinning under olika styrmedel och institutionella förutsättningar. Det finns även intressant forskning om hur de existerande marknaderna för olika bulkmetaller växt fram , och sådana studier resulterar ofta i viktiga generella lärdomar också för innovationskritiska metaller. Givet syftet med rapporten har det också varit viktigt att konsultera mer teknisk forskning (t ex inom geologi och industriell ekologi); den kastar ofta ljus på viktiga barriärer för metallåtervinning genom att öka förståelsen för de relevanta värdekedjorna samt för hur många metaller tenderar att vara inbäddade/integrerade i flera olika produkter. Sådan forskning är även central för att identifiera områden där det ny teknologi som kan effektivisera återvinningsprocessen behöver utvecklas (t ex processer för demontering). I denna rapport diskuteras därför även styrmedel vars syfte är att främja sådan teknologisk utveckling.1 En viktig avgränsning är att rapporten inte innehåller en fördjupad analys av specifika styrmedel som skulle kunna implementeras för att främja en ökad återvinning av de innovationskritiska metallerna. Styrmedelsval är komplexa, inte minst på detta område där förutsättningarna för metallåtervinning ofta är starkt kontextspecifika och således beroende av i vilka produkter och artefakter som metallen finns.2 Emellanåt kommenteras olika styrmedel och 1 Rapporten har som ambition att på ett populärvetenskapligt sätt syntetisera viktiga lärdomar från forskningen, men innehåller (enligt överenskommelse med uppdragsgivaren) inga utförliga referenser till all relevant litteratur. I stället avslutas rapporten med en lista på litteratur, som kan konsulteras för fördjupade studier. 2 Ett viktigt angreppssätt för att öka förståelsen för de olika kontexter som styrmedel kan verka i är att undersöka effekterna av existerande styrmedel (t ex i olika länder). BARRIÄRER OCH STYRMEDEL FÖR ÅTERVINNING AV INNOVATIONSKRITISKA METALLER: LÄRDOMAR FRÅN FORSKNINGSLITTERATUREN BILAGA 3 policyförslag i syfte att illustrera och exemplifiera viktiga poänger, och i rapporten diskuteras ett antal viktiga vägval och generella lärdomar för politikens utformning. Innovationskritiska metaller kan återvinnas från flertalet källor: produkter, infrastruktur, gruvavfall, samt industrideponier. De exempel som illustreras i rapporten härrör framförallt från återvinning från uttjänta fordon, bygg- och rivningsavfall, elektronik och elektriska produkter, samt en del andra konsumentprodukter. Många av de lärdomar från forskningen som belyses i rapporten är dock så pass generiska att de även är tillämpbara på återvinning från andra källor. Som antyds ovan finns en förhållandevis rik forskningslitteratur som kartlägger och diskuterar olika barriärer för metallåtervinning. Dessa studier kategoriserar ofta dessa barriärer på olika sätt, och ibland med en avsaknad av en tydlig systematik. Den syntes av forskningen som återfinns i denna rapport bygger på ett samhällsekonomiskt angreppssätt där de ekonomiska marknaderna för metallskrot utgör viktiga ”verktyg” för att åstadkomma en effektiv resursfördelning. På dessa marknader möts köpare och säljare av metaller, och dessa aktörers decentraliserade beslut leder till ett stort antal ömsesidigt fördelaktiga byten. De flesta marknader fungerar dock inte fullt ut effektivt i meningen att det som är rationellt utifrån de enskilda aktörernas horisont inte sammanfaller med det som är önskvärt för samhället som helhet (dvs för alla medborgares välfärd). Detta innebär att det är meningsfullt att analysera metallåtervinningens barriärer med utgångspunkt i förekomsten av brist på – eller t o m avsaknad av – incitament för industrin att handla med återvunnen metall på marknaderna. En central uppgift för politiken är därför att adressera sådana marknadsmisslyckanden, och införa styrmedel som stärker dessa incitament. I forskningen om metallåtervinningens framtida förutsättningar hänvisas ofta till olika tekniska barriärer, dvs att det exempelvis saknas teknologier och processer för effektiv demontering av olika produkter. Detta är en viktig observation, och i linje med vårt fokus på incitamentsbrister innehåller rapporten en diskussion om faktorer som tenderar att försvaga industrins incitament att investera i ny kunskap kopplat till ökad metallåtervinning, t ex via tillämpad FoU samt olika pilot- och demonstrationsprojekt. Vi syntetiserar också lärdomar från tidigare forskning rörande vilka typer av styrmedel och styrmedelskombinationer som kan behövas för att främja sådan teknologisk utveckling. I detta sammanhang är det viktigt att påpeka att denna utveckling inte bara handlar om teknik utan likväl om etablering av nya aktörsnätverk och värdekedjor; dock en avsaknad av sådan forskning kopplat till innovationskritiska metaller eftersom återvinningsgraderna för dessa metaller är mycket låga, och få styrmedel riktas direkt mot dessa metaller. BILAGA 3 BARRIÄRER OCH STYRMEDEL FÖR ÅTERVINNING AV INNOVATIONSKRITISKA METALLER: LÄRDOMAR FRÅN FORSKNINGSLITTERATUREN ibland är politikens roll inte bara att effektivisera (korrigera) existerande mark- nader utan även att bidra till att skapa nya. Inga ekonomiska marknader verkar dessutom i ett vakuum; de är inbäddade i en lång rad olika institutioner i form av lagstiftning men även normer och praxis i olika former (t ex kopplat till företagskulturer). I de flesta samhällen finns ett visst mått av institutionell tröghet där t ex den existerande lagstift- ningen ibland kan ha utvecklats i syfte att adressera den dominerande indu- strin, t ex den primära (malmbaserade) produktionen av metall och snarare än den mer omogna sekundära produktionen (som är baserad på åter- vunnen metall). Forskningen om relevanta institutionella barriärer för metall- återvinning är mycket begränsad, inte minst sådan forskning som explicit rör olika innovationskritiska metaller, och den som finns kan ofta vara nations- specifik (t ex forskning om lagstiftning). I rapporten ger vi dock några exempel på institutionella utmaningar med fokus på EU samt den nationella Kapitel 2 innehåller en kort introduktion till existerande marknader för återvunnen metall, med fokus på ett antal generella egenskaper på efterfråge- och utbudssidan samt hur dessa i sin tur påverkar prisbildningen på metallskrot samt konkurrensen mellan den primära och sekundära produktionen. I kapitel 3 introduceras och exemplifieras olika typer av marknadsmisslyckanden och institutionella barriärer som tenderar att hämma etableringen av effektiva marknader för de innovationskritiska metallerna, samt även den teknologiska utvecklingen på dessa marknader. Kapitel 4 presenterar fem övergripande lärdomar för utformningen av en politik som syftar till att stödja en ökad återvinning av metaller, inte minst de innovationskritiska. Rapporten avslutas med några korta reflektioner om det fortsatta lärandet i kapitel 5, samt en lista innehållande ett antal relevanta forskningsstudier och rapporter. 2.Marknaderna för återvunna metaller: några viktiga egenskaper I detta kapitel redogör vi för några generella egenskaper hos existerande ekonomiska marknader för återvunna metaller. En förståelse för dessa egenskaper är ett viktigt första steg för att kunna bedöma effekterna av – och motiven till –olika politiska styrmedel som syftar till att öka metallåtervinningen. Kapitlet beskriver kort de olika faktorer som påverkar efterfrågan och utbud för återvunna metaller, samt hur dessa i sin tur påverkar prisbildningen på återvunnen metall. Vi belyser även viktiga konsekvenser för konkurrensen mellan den primära metallproduktion som baseras på jungfruliga (malmbaserade) råvaror och den sekundära som baseras på återvunnen metall. BARRIÄRER OCH STYRMEDEL FÖR ÅTERVINNING AV INNOVATIONSKRITISKA METALLER: LÄRDOMAR FRÅN FORSKNINGSLITTERATUREN BILAGA 3 Figur 1 illustrerar flödet av material kopplat till den primära och den sekundära produktionen av metaller; denna illustration är en viktig utgångspunkt för den beskrivning av marknadernas funktionssätt som finns i detta kapitel samt den analys av omständigheter som kan göra att dessa marknader fungerar ineffektivt (s k marknadsmisslyckanden) i nästa kapitel. Primär produktion resulterar i metaller, som förädlas till nya produkter, byggnadskonstruktioner och infrastruktur. En betydande del av det metallskrot som genereras längs värdekedjorna kommer direkt från de olika tillverkningsstegen (s k internt skrot och nytt skrot). Dessa flöden är förhållandevis slutna med höga återvinningsgrader av skrot (som ofta är fritt från legeringar och spårelement). Fokus i denna rapport är i första hand på det metallskrot som lagras i samhället, och blir tillgängligt för återvinning först när de olika konstruktionerna och produkterna nått sin slutliga livslängd (s k gammalt skrot). Figur 1: Primära och sekundära värdekedjor för metall och Återvinningsprocesserna för olika skrottyper skiljer sig åt men består typiskt sett av insamling, demontering, fragmentering, sortering och smältning. Ett viktigt budskap från denna rapport är att de faktorer som förhindrar framväxten av mer effektiva metallåtervinningsmarknader härrör från mer eller mindre alla delar av de värdekedjor som illustreras i Figur 1. Detta knyter an till de incitament som möter säljare och köpare av återvunnen metall men likväl till de beslut som bl a produkttillverkare tar rörande produkternas innehåll och utformning. Figur 1.1 bortser från mycket av den komplexitet som kännetecknar marknaderna för återvunna metaller, inte minst de innovationskritiska. Dessa marknaders funktionssätt avgörs i hög grad av vilka produkter som återvinns. BILAGA 3 BARRIÄRER OCH STYRMEDEL FÖR ÅTERVINNING AV INNOVATIONSKRITISKA METALLER: LÄRDOMAR FRÅN FORSKNINGSLITTERATUREN är speciellt tydligt i demonteringsfasen där olika företag ofta specialiserar på utvalda produkter, t ex hemelektronik, fordon. Beroende på produkternas komplexitet samt vilka metaller som återvinns kommer även behovet av sortering, demontering och fragmentering samt olika processmetallurgiska processteg att vara olika stort. Detta innebär i sin tur att de marknadsmisslyckanden som påverkar förutsättningarna för en ekonomiskt effektiv återvinning också kan skilja sig åt, t ex kopplat till var i processen de uppkommer samt hur omfattande marknadsmisslyckandena är. vitill i kapitel 3. Resterande delar av detta kapitel fokuserar på några generiska egenskaper hos marknaderna för återvunna metaller, och kapitlet avslutas med en diskussion om hur dessa egenskaper påverkar konkurrensen mellan primär och sekundär metallproduktion. 2.2 Efterfrågan på metaller Efterfrågan på metaller är en härledd efterfrågan i meningen att hushållens efterfrågan på dessa är en följd av deras behov av olika produkter, t ex bilar, hemelektronik, och hushållsmaskiner. De företag som tillverkar dessa produkter behöver i sin tur använda metaller i sin produktion för att kunna erbjuda produkter – och även infrastruktur – som uppfyller medborgarnas behov, t ex en trafiksäker bil, en mobiltelefon med många olika funktioner, en bro. Metaller har med andra ord viktiga attribut och kvaliteter – t ex styrka, uthållighet, förmåga att motstå korrosion – som i olika sammanhang är centrala för produkters funktionalitet och därmed deras ekonomiska värde. Forskningen har visat att efterfrågan på metaller är starkt kopplad till inkomstnivån i samhället, och således högre (per capita) i rika länder jämfört med fattiga. Det kan exempelvis noteras att EU står för cirka en tredjedel av världens användning av metaller, men regionens andel av världsbefolkningen är endast . Metaller används dessutom i hög grad i sektorer som är konjunkturberoende, t ex biltillverkning, byggande. av högkonjunktur och stark ekonomisk tillväxt får vi därför ofta en omfattande efterfrågeökning på metaller. Ett exempel på detta är den kraftiga metallintensiva ekonomiska tillväxten i . Efterfrågan på metaller tenderar dock överlag att vara relativt okänslig för prisförändringar. Det kan kopplas till att metallerna i en produkt oftast står för en liten andel av produktens värde på marknaden. Även om priset på en metall stiger mycket kan effekten på tillverkningskostnaden samt konsumentpriset bli liten. Den låga nivån på metallefterfrågans priskänslighet kan också kopplas till kapitalintensiteten i de industrianläggningar som bearbetar och metall, dvs. stålverk, smältverk, gjuterier, etc. Produktionen i dessa baseras på storskaliga processer i vilka behovet av metaller och för att producera en enhet av produkten, i termer av volymer och kvalitet, är mer eller mindre givet. Dessa processer sätter även gränser för vilka andelar av primärt samt sekundärt material som kan användas. Det är i regel endast genom BARRIÄRER OCH STYRMEDEL FÖR ÅTERVINNING AV INNOVATIONSKRITISKA METALLER: LÄRDOMAR FRÅN FORSKNINGSLITTERATUREN BILAGA 3 investeringar i nya anläggningar som en mer omfattande substitution mellan jungfrulig och återvunnen metall kan ske. Såsom påpekades ovan blir metallanvändningen i samhället mer komplex. För att åstadkomma olika egenskaper i produkter kan metaller förekomma i ren form, i legeringar samt som kemiska föreningar, och ibland behövs även mer komplexa materialstrukturer, t ex där metallegeringar kombineras med keramik och fiber. Ett relevant exempel är bilar där mer och mer elektronik har introducerats . Denna trend förstärks i och med introduktionen av elbilar där kobolt och litium behövs i batterierna. Även olika sällsynta jordartsmetaller är viktiga komponenter i elbilar, t ex i batteriet (lantan, cerium), motorn (neodym, praseodym, dysprosium, terbium), i LCD skärmar (yttrium, cerium, europium), och katalysatorn (cerium, lantan). En utmaning för metallåtervinningssektorn är även att tillverkningen av vissa produkter är beroende av metaller i ren form för att åstadkomma de rätta egenskaperna (t ex hållbarhet eller låg vikt). Detta gör det svårt att återvinna metallerna för användning i samma produktionsprocess; det är med andra ord inte säkert att all den metall som återvinns från uttjänta fordon – given dagens teknologi – kan användas i produktionen av nya fordon. 2.3 Utbudet av metaller Primär produktion av metaller och sker i gruvor (dagbrott och underjordsgruvor), och dessa bearbetas därefter, ibland i flera steg (t ex smältverk, anrikningsverk, pelletsverk, masugnar). En viktig egenskap rörande utbudet av metall – inte minst de innovationskritiska – är att en och samma gruvverksamhet ofta leder till produktion av flera metaller. Därför är det nödvändigt att göra en distinktion mellan huvudprodukter och biprodukter. En huvudprodukt är en produkt som är så pass viktig att den ensam påverkar produktionsbesluten i verksamheten; biprodukter produceras vid sidan om en huvudprodukt, och dess pris påverkar inte produktionen av huvudprodukten. En viktig konsekvens av detta är att utbudet av biprodukter begränsas av produktionsnivån för huvudprodukten, och blir därmed beroende av prisutvecklingen på huvudprodukten.3 Detta för också med sig att även om priset på metaller som utgör biprodukter ökar påverkas inte produktionen av dessa. En för denna rapports syften viktig observation är att många innovationskritiska metaller utgör biprodukter till andra metaller, ofta bulkmetaller. Detta gäller exempelvis flertalet metaller som ingår i elektroniska produkter och i solenergiteknologi (t ex gallium, germanium, indium), och ett antal sällsynta jordartsmetaller som är centrala i produktionen av havsbaserad vindkraft 3I fall utgör järnmalmen huvudprodukten i gruvverksamheten. Företagets pågående utvecklingsarbete (ReeMAP) går ut på att utvinna nya produkter, t ex olika sällsynta jordartsmetaller, från avfallet. Dessa kommer att utgöra biprodukter. Detta innebär med andra ord att det framtida utbudet av sällsynta jordartsmetaller från verksamhet kommer att vara direkt beroende av företagets försäljning av järnmalmsbaserade produkter (t ex järnsvamp) och därmed av utvecklingen på världsmarknaden för järnmalm. BILAGA 3 BARRIÄRER OCH STYRMEDEL FÖR ÅTERVINNING AV INNOVATIONSKRITISKA METALLER: LÄRDOMAR FRÅN FORSKNINGSLITTERATUREN samt elbilar (t ex neodym, terbium, praseodym). Utbudet av dessa metaller är därför okänsligt för prisförändringar, och detta leder i sin tur till stora fluktu- ationer i priserna (se vidare avsnitt 2.4). Denna brist på flexibilitet blir tydlig då efterfrågan på huvudrespektive biprodukterna inte förändras i samma takt Metallen rutenium används t ex bland annat i hårddiskar, och utgör en biprodukt till platina. ökade efterfrågan på rutenium kraf- tigt men produktionen ökade endast marginellt eftersom motsvarande efterfrå- geökning inte skedde för platina. Det finns även exempel där politiska reg- leringar kan få konsekvenser för utbudet av olika kritiska metaller. pel är då lagstiftning infördes för att fasa ut användningen av bly. till en reduktion i produktionen av biprodukterna antimon och vismut, och där antimon används i ny batteriteknologi. Ett annat exempel är då strängare kvä- Detta innebar en ökad efterfrågan på rodium (som används i katalysatorer). Rodium produceras dock som biprodukt till platina vars efter-