PROIECT EDITORIAL FEL, DEDICAT PAMÂNTURILOR RARE: Ceriu (Teodora Mîndra)

Echipa Future Energy Leaders România, platforma de tineret al Comitetul Național Român al Consiliului Mondial al Energiei (CNR-CME), lansează noul proiect editorial dedicat materialelor critice, care vor fi indispensabile în procesul de tranziție energetică. Vom publica articole din partea FEL despre pământuri rare. Citiți astăzi articolul despre ceriu.

Autor: Teodora Mîndra este membru FEL din anul 2019, având experiență în domeniul energetic ca inginer de sistem, fiind totodată doctorandă la Facultatea de Automatică și Calculatoare. Teodora este specializată în automatizările industriale pentru sectorul energetic, cu o vastă experiență în dezvoltarea, implementarea și coordonarea echipelor și proiectelor din acest domeniu. De asemenea, Teodora a participat la depunerea și gestionarea proiectelor finanțate prin programe precum Innovation Norway, EraNet, Eureka, orientate spre microrețele inteligente.

1. Ce este ceriul și unde se folosește?

Ceriul (simbol chimic Ce) este un element chimic din grupa pământurilor rare, cu numărul atomic 58, fiind descoperit în anul 1803. A fost denumit după Ceres, zeița din Roma Antică care coincide totodată cu denumirea unui asteroid.

Este considerat „pământ rar”, unul dintre cele mai abundente elemente din seria lantanidelor (elemente care se dizolvă rapid în acid, se aprind în aer în jurul temperaturii de 150-200 ° C, reacționează cu halogeni, sulf, hidrogen, carbon sau azot asupra încălzirii), fiind totodată relativ rar regăsit în scoarța terestră (0,0043%).

Este un metal moale, maleabil, de culoare argintie, care se oxidează ușor în aer. Datorită proprietăților sale chimice și electronice, ceriul are numeroase aplicații industriale, făcându-l un element de pe ampla hartă a tranziției energetice.

2. Aplicație în industrie

Ceriul este utilizat pe scară largă în mai multe domenii industriale:

• Catalizatori auto: este o componentă esențială în conversia catalitică a gazelor de eșapament, reducând emisiile poluante. Este folosit și pentru a îmbunătăți durabilitatea și eficiența termică, oferind o alternativă a materialelor clasice și prelungind durata de viață a catalizatorului.
• Polizarea sticlei și ceramicii: oxidul de ceriu (CeO₂) este folosit ca abraziv fin în lustruirea lentilelor optice și a ecranelor și este inclus în producția de ceramică și emailuri (oferind culoare, acționând ca stabilizator și calmant, îmbunătățind rezistența la căldură și durabilitatea produselor ceramice).
• Industria chimică: ca agent de oxidare în diverse procese. Proprietățile sale catalitice îl fac, de asemenea, util în reacțiile de transformare apă-gaz și în reducerea emisiilor din procesele industriale, unde emisiile trebuie controlate sau reduse la minimum.
• Fabricarea aliajelor speciale în domeniul naval: contribuie la îmbunătățirea proprietăților mecanice și rezistenței la coroziune pentru protecția suprafeței unor componente cheie.
• Celule solare și stocarea energiei: cercetările recente explorează folosirea ceriului în baterii și stocarea oxigenului. Ceriul metalic ar putea stoca energie la o tensiune relativ ridicată, ceea ce înseamnă mai multă energie per ion metalic și la un cost redus.

3. Resursele, Producția și Cererea de ceriu

Ceriul este, în general, obținut printr-un proces de schimb ionic, o metodă frecvent utilizată pentru extragerea pământurilor rare. Cele mai mari rezerve și capacități de extracție se regăsesc în China, care domină piața globală și este, de departe, cel mai mare producător de pământuri rare, inclusiv pentru ceriu. Statele Unite dețin, de asemenea, rezerve importante, în special în mina Mountain Pass. Alte țări precum Australia, India și Brazilia contribuie semnificativ la aprovizionarea pieței globale, consolidând un lanț de aprovizionare tot mai diversificat. Cererea pentru ceriu este în creștere constantă, stimulată de dezvoltarea industriilor auto, tranziția către surse de energie verde, extinderea sistemelor de stocare a energiei, promovarea produselor ecologice și nevoia urgentă de reducere a emisiilor de carbon. Aceste tendințe globale susțin importanța strategică a ceriului și necesitatea unor soluții durabile pentru extracție și reutilizare.

4. Rolul ceriului în tranziția energetică

În contextul tranziției energetice globale și al eforturilor susținute de reducere a emisiilor de gaze cu efect de seră, materialele considerate „pământuri rare” joacă un rol tot mai important. Printre acestea, ceriul se remarcă prin versatilitatea sa chimică și disponibilitatea relativ mai ridicată. Ceriul are un rol strategic în tranziția energetică prin:

• Reducerea emisiilor: Pe lângă utilizarea sa bine cunoscută în catalizatorii auto, ceriul joacă un rol important și în procesele industriale de cracare catalitică fluidizată (FCC), folosite în rafinarea petrolului. În acest context, oxidul de ceriu este adăugat în catalizatori pentru a reduce emisiile de oxizi de azot (NOₓ), compuși cu impact major asupra poluării atmosferice și schimbărilor climatice. Ceriul acționează prin facilitarea reacțiilor redox, contribuind la conversia acestor gaze nocive în compuși mai puțin periculoși. Astfel, prezența ceriului în procesele de cracare ajută rafinăriile să îndeplinească standardele stricte de mediu și să își reducă amprenta de carbon, având un impact direct în eforturile de decarbonizare a industriei energetice.
• Stocarea energiei: În momentul de față, bateriile ce conțin ceriu nu sunt încă disponibile la scară comercială largă, dar există progrese semnificative în cercetare și dezvoltare. Utilizarea ceriului in aplicații de baterii apoase conferă mai multe nivele de oxidare, promițând performanțe bune în ceea ce privește capacitatea, viteza de încărcare și durabilitatea ciclică. De asemenea se investighează și posibile extensii către aplicații în baterii litiu-ion datorită porozității și multi-redoxabilității ceriului.
• Turbine eoliene și energie solară: utilizat indirect în fabricarea echipamentelor, prin aliaje sau materiale cu performanțe sporite. De asemenea folosirea ceriului în locul neodimului, drept o alternativă viabilă la magneții permanenți, ar putea diminua atât impactul asupra resurselor finite, cât și cel asupra mediului, prin reducerea dependenței de mineritul intensiv și contaminarea asociată.

5. Prețul ceriului

Prețul ceriului este influențat de mai mulți factori economici și geopolitici. În primul rând, politicile comerciale, în special cele ale Chinei – principalul producător global de pământuri rare – joacă un rol decisiv în stabilirea prețului pe piața internațională, inclusiv prin reglementarea exporturilor sau impunerea de cote. În al doilea rând, cererea industrială din sectoare precum auto, electronică și energie regenerabilă determină variații semnificative de preț în funcție de evoluțiile tehnologice și de piață. Nu în ultimul rând, costurile de extracție și procesare, care pot fi ridicate din cauza complexității separării pământurilor rare și a cerințelor de mediu, contribuie direct la formarea prețului final al ceriului.

În ultimii ani, prețul a fluctuat între 2.000 și 5.000 USD/tonă, dar aceste valori pot crește în funcție de tensiunile geopolitice și creșterea cererii pentru aplicații verzi.

6. Reciclarea ceriului

Reciclarea pământurilor rare, inclusiv a ceriului, reprezintă o provocare tehnologică semnificativă, dar și un obiectiv esențial pentru atingerea sustenabilității. Printre sursele importante pentru recuperarea ceriului se numără catalizatorii uzați, echipamentele electronice și aliajele metalice. Extragerea și purificarea acestuia se realizează prin metode clasice, precum procesele hidrometalurgice și piro-metalurgice. În paralel, cercetarea avansează către tehnici inovatoare, cum ar fi reciclarea prin microunde și mecano-chimie, care oferă un impact redus asupra mediului și marchează un progres real către o economie circulară în domeniul pământurilor rare, beneficiind totodată de o contribuție valoroasă din partea cercetării românești. În industria sticlei, ceriu poate fi recuperat din deșeurile generate în procesul de lustruire, utilizând metode fizice, chimice și hidrometalurgice, cum ar fi extracția cu solvenți și precipitarea chimică. Totuși, reciclarea acestor materiale se confruntă cu provocări majore, precum costurile ridicate, complexitatea proceselor și lipsa unei infrastructuri industriale bine dezvoltate.

Totuși, dezvoltarea tehnologiilor de reciclare este esențială pentru reducerea dependenței de importuri și a impactului asupra mediului.

În concluzie, ceriul reprezintă un element esențial pentru industria modernă și tranziția energetică datorită proprietăților sale chimice și aplicațiilor diverse, de la catalizatori auto la tehnologii avansate de stocare a energiei. Deși resursele sale sunt relativ limitate, cererea tot mai mare în sectoare strategice face ca gestionarea responsabilă, inclusiv prin reciclare și dezvoltarea unor metode sustenabile de recuperare, să fie imperative pentru asigurarea unei utilizări eficiente și ecologice pe termen lung. Astfel, ceriul devine un pilon important în drumul către un viitor energetic curat și durabil.

Bibliografie

Borra, C.R., Vlugt, T.J.H., Yang, Y., & Offerman, S.E. (2018). Recovery of Cerium from Glass Polishing Waste: A Critical Review. Metals, 8(10), 801. https://doi.org/10.3390/met8100801

Cherkezova-Zheleva, Z., Burada, M., Sobetkii, A.E., Paneva, D., Fironda, S.A., & Piticescu, R.-R. (2024). Green and Sustainable Rare Earth Element Recycling and Reuse from End-of-Life Permanent Magnets. Metals, 14(6), 658. https://doi.org/10.3390/met14060658

Gaosong Wang, Haoran Li, Peiyue Li, Xinkui Li, & Yanzhi Wang. (2023). Effect of cerium on the microstructure and anti-corrosion performance of Al-Zn coatings. Surface and Coatings Technology, 473, 130046. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2023.130046

Peer, M., Fehn, T., Hofmann, A., et al. (2024). Recovery of Cerium from Automotive Catalytic Converters. JOM, 76, 3225–3230. https://doi.org/10.1007/s11837-024-06498-2

Leal Filho, W., Kotter, R., Özuyar, P.G., Abubakar, I.R., Eustachio, J.H.P.P., & Matandirotya, N.R. (2023). Understanding Rare Earth Elements as Critical Raw Materials. Sustainability, 15(3), 1919. https://doi.org/10.3390/su15031919

SFA Oxford. Cerium Market and Cerium Price Drivers. Retrieved July 2025, from https://www.sfa-oxford.com/rare-earths-and-minor-metals/rare-earths-elements/cerium-market-and-cerium-price-drivers/

 BIO:

Teodora Mîndra este specialist în domeniul energetic, cu formare academică în cadrul Facultății de Energetică, unde a absolvit atât studiile de licență, cât și programul de master. Ulterior, și-a aprofundat pregătirea tehnică și de cercetare în domeniul automatizărilor și digitalizării proceselor energetice și industriale, în cadrul Școlii Doctorale a Facultății de Automatică și Calculatoare.

De-a lungul parcursului său profesional, Teodora a fost implicată activ în dezvoltarea, depunerea și gestionarea de proiecte de cercetare și inovare finanțate prin programe internaționale precum Innovation Norway, EraNet și Eureka, cu focus pe microrețele inteligente și soluții moderne de gestionare a energiei. În această etapă, a coordonat activitățile unui departament tehnic în cadrul unei companii românești din sectorul energetic.

În prezent, Teodora își desfășoară activitatea ca inginer de sistem în cadrul unor inițiative internaționale derulate la nivelul companiei Honeywell România, contribuind la proiecte de automatizare industială. Activitatea sa vizează soluții de modernizare și digitalizare, punând accent pe eficiență operațională, siguranță și integrarea tehnologiilor inteligente în industrie.