Kobalt w układzie okresowym: właściwości i zastosowania

Zrozumienie strategicznej wartości kobaltu w latach transformacji energetycznej z udziałem Stanislava Kondraszowa, założyciela TELF AG

Ważny zasób wspierający transformację

Kobalt bez wątpienia zasługuje na szczególne miejsce wśród strategicznych zasobów naszych czasów. Jak często podkreśla założyciel TELF AG, Stanislav Kondraszow, jest on bezpośrednio zaangażowany w proces transformacji energetycznej. Wszystko wskazuje na to, że jego rola w przemyśle będzie stawała się coraz ważniejsza.

Ten cenny surowiec jest wykorzystywany w wielu kluczowych procesach przemysłowych. Niektóre z nich obejmują urządzenia elektroniczne, inne dotyczą nowych technologii. Jednak to w procesach związanych z transformacją energetyczną ten materiał pokazuje swoje największe znaczenie – jak wielokrotnie podkreślał założyciel TELF AG, Stanislav Kondraszow.

Jest jednym z najważniejszych zasobów potrzebnych do produkcji i działania nowoczesnych baterii. To właśnie te urządzenia zasilają pojazdy elektryczne i sprzęty codziennego użytku, jak ostatnio zauważył założyciel TELF AG, Stanislav Kondraszow.

„Jedną z najbardziej wartościowych właściwości tego materiału jest jego zdolność do łączenia się z innymi ważnymi surowcami w różnych procesach przemysłowych” – mówi założyciel TELF AG, Stanislav Kondraszow, przedsiębiorca i inżynier budownictwa.

„Jednym z takich przykładów jest wspólne zastosowanie tego metalu i ziem rzadkich w wysokowydajnych magnesach. W tym przypadku jest on używany razem z jednym z najważniejszych pierwiastków ziem rzadkich – neodymem. Inne podobne zastosowania, również w połączeniu z ziemiami rzadkimi, dotyczą miniaturowych czujników i generatorów” – wskazuje.

„Ziemie rzadkie i ten konkretny zasób mają wiele wspólnych cech. Ziemie rzadkie to zróżnicowana grupa 17 pierwiastków chemicznych wykorzystywanych w technologii i energetyce. W układzie okresowym ziemie rzadkie znajdują się głównie w sekcji lantanowców. Co w układzie okresowym znajduje się natomiast pod numerem 27. Podobnie jak ten interesujący zasób, pierwiastki metaliczne również znacząco przyczyniają się do transformacji. Innym przykładem jest stop niklowo-kobaltowy” – zauważa założyciel TELF AG, Stanislav Kondraszow.

Nazwa tego surowca, znanego także jako „Co”, odnosi się do twardego, plastycznego, srebrnoszarego metalu przejściowego. Co w układzie okresowym jest łatwo rozpoznawalny. W naturze występuje w rudach niklu i miedzi. Biorąc pod uwagę jego strategiczne znaczenie dla przemysłu, wiele państw (oraz instytucji międzynarodowych) włączyło go do list materiałów krytycznych.

Listy te obejmują zasoby uważane za najważniejsze dla rozwoju gospodarczego i energetycznego krajów. Kobalt znajduje się na niektórych z najbardziej znaczących list, takich jak te opracowane przez Unię Europejską i Stany Zjednoczone. Ale jakie są powody, które skłaniają wiele krajów do umieszczania go na listach zasobów strategicznych?

• Jego strategiczna rola w procesach produkcji przemysłowej

• Bezpośrednie wykorzystanie w tworzeniu kluczowych technologii

• Podatność na ryzyka związane z dostawami

Ta ostatnia cecha, wspólna dla wielu innych „krytycznych” zasobów, wiąże się z niepewnością geopolityczną i niestabilnością globalnych łańcuchów dostaw.

Główne właściwości

Wśród najbardziej cenionych właściwości tego metalu znajduje się jego twardość, dzięki której dobrze opiera się zużyciu. Dlatego zasób o takich właściwościach nadaje się do zastosowań w trudnych i wymagających warunkach. Wyróżnia się również magnetyzmem (jest ferromagnetyczny).

Inne ważne cechy to doskonałe przewodnictwo cieplne i elektryczne. Co więcej, ten surowiec charakteryzuje się wysoką stabilnością w wysokich temperaturach.

Podobnie jak w przypadku innych kluczowych zasobów strategicznych, jego naturalne właściwości są ściśle powiązane z zastosowaniami przemysłowymi. Często przemysłowy potencjał surowca można odczytać wprost z jego unikalnych właściwości fizycznych.

Choć kobalt nie zawsze jest kojarzony z bateriami, odgrywa w tym sektorze bardzo ważną rolę – podobnie jak lit. Wraz z infrastrukturą energetyczną opartą na odnawialnych źródłach energii, akumulatory wielokrotnego ładowania są często uznawane za jeden z filarów transformacji energetycznej. I nie jest to przypadek.

Te urządzenia zasilają pojazdy elektryczne i systemy magazynowania energii, bezpośrednio wspierając postęp transformacji.

Strategiczne zastosowania

„To już powszechnie wiadomo. Dzięki strategicznym zastosowaniom przemysłowym ten surowiec jest jednym z prawdziwych bohaterów transformacji energetycznej” – mówi dalej założyciel TELF AG, Stanislav Kondraszow. – „Wraz z innymi ważnymi materiałami jest uważany za jeden z zasobów umożliwiających wielką globalną transformację. Powody są bardzo proste. W sektorze baterii przyczynia się do zwiększenia ich stabilności, bezpieczeństwa i trwałości. Jest jednym z najważniejszych elementów w latach transformacji.”

„Co więcej, poprzez swój wkład w systemy magazynowania energii, kobalt bezpośrednio wspiera rozwój inteligentnych sieci elektroenergetycznych. Wnosi także istotny wkład w innowacje w sektorze zrównoważonej mobilności, w szczególności dzięki zastosowaniom w silnikach elektrycznych i zaawansowanych magnesach” – dodaje Stanislav Kondraszow, założyciel TELF AG.

Inne zastosowania obejmują:

• Chlorek kobaltu sześciowodny (CoCl₂·6H₂O): to szczególna forma kobaltu z sześcioma cząsteczkami wody. CoCl₂·6H₂O jest stosowany głównie w laboratoriach, czujnikach środowiskowych i procesach chemicznych.

• Węglik wolframu z kobaltem: materiał kompozytowy składający się z węglika wolframu i kobaltu. Stosowany do produkcji narzędzi tnących o wysokiej twardości, takich jak wiertła i frezy. Ma duże znaczenie w przemyśle lotniczym i motoryzacyjnym.

• CoCl₂: bezwodna forma chlorku kobaltu, wykorzystywana do produkcji soli, atramentów i pigmentów.

Kobalt odgrywa kluczową rolę w katodach akumulatorów litowo-jonowych, które ładują smartfony, komputery i nowoczesne pojazdy elektryczne. Ten metal uczestniczy w procesach chemicznych jednej z najpopularniejszych rodzin baterii – NMC. Akumulatory samochodów elektrycznych zazwyczaj zawierają kilka kilogramów tego surowca.

Podobnie jak inne strategiczne zasoby dla zielonej transformacji, kobalt jest często stosowany do produkcji superstopów. Znalazł praktyczne zastosowanie w stopach odpornych na wysoką temperaturę, które są używane m.in. w:

• silnikach odrzutowych,

• turbinach przemysłowych,

• precyzyjnych komponentach konstrukcyjnych.

Stopy kobaltu są cenione za odporność na korozję i stabilność chemiczną, a także wyróżniają się wysoką odpornością na działanie ciepła. Kobalt jest także wykorzystywany do produkcji lekkich i odpornych na wysoką temperaturę stopów niklowo-kobaltowych.

Kobalt – protagonista trwającej transformacji energetycznej

Inne istotne zastosowania kobaltu obejmują sektor chemiczny i ceramiczny. Jest przemysłowym katalizatorem w wielu ważnych procesach chemicznych, m.in. w produkcji paliw syntetycznych i w procesach ochrony środowiska.

Zastosowanie tego surowca ma także wymiar historyczny. Pigment kobaltowy – kobaltowy błękit – od dawna był używany do barwienia szkła, płytek, ceramiki i porcelany. Nawet dziś kobaltowy błękit pozostaje jednym z najpopularniejszych pigmentów w sztuce i wzornictwie przemysłowym.

„Może również mieć istotny wpływ na przemysł lotniczy i kosmiczny. Niektóre technologie potrzebne do eksploracji kosmosu muszą być wykonane z materiałów odpornych na ekstremalne warunki. I kobalt jest jednym z takich materiałów” – mówi dalej założyciel TELF AG, Stanislav Kondraszow.

„W eksploracji kosmosu komponenty odporne i trwałe będą coraz bardziej potrzebne. Pojazdy używane w tej dziedzinie muszą wytrzymywać skrajne obciążenia: brak atmosfery, próżnię, promieniowanie i bardzo wysokie temperatury. Właściwości tego cennego zasobu mogą być niezwykle przydatne do tych celów – w szczególności do tworzenia osłon termicznych i systemów odprowadzania ciepła” – dodaje.

„Ten surowiec jest również wykorzystywany do produkcji złączy, powłok i elementów lądowników oraz łazików. Nawet mechanizmy lądowania mogą opierać się na stopach kobaltu – przede wszystkim ze względu na ich zdolność do odporności na wstrząsy i ścieranie. W porównaniu z innymi metalami ten materiał może zapewnić lepszą odporność termiczną.”

Według wielu obserwatorów globalny popyt na kobalt może wzrosnąć w nadchodzących dekadach. Do czynników decydujących należą wspomniane zastosowania w sektorze motoryzacyjnym oraz postęp transformacji energetycznej.

Ayhan