NADİR YER ELEMENTLERİNİN TARİHÇESİ

Nadir toprak elementlerinin keşfi

Bu elementlerin keşfi 120 yıl sürmüş. İlk olarak İsveç’te Stockholm civarındaki Ytterby madeninden elde edilen cevherin ayrıştırılmasıyla itriyum keşfedilmiş; iterbiyum, terbiyum ve erbiyum bu madende keşfedilen diğer elementler. İsveçli kimyager Carl Gustav Mosander ile Jöns Jakob Berzelius’un geliştirdiği bir ayrıştırma yöntemi bu elementlerin keşfedilmesinde, bunlarla ilgili araştırmaların ilerletilmesinde önemli bir rol oynamış. Keşfedilen son iki element lutetyum ile prometyum. Lutetyum 1907’de keşfedilmiş. Bundan 40 yıl sonra 1947’de periyodik tablonun son elementi ve nadir toprak metallerinin sonuncusu prometyum ABD’de Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı’nda üretilmiş.[1]

20. yüzyılda en büyük üretici ABD

ABD’de nadir toprak elementi araştırmalarının itici gücü, 1942’de kurulan Ames Ulusal Laboratuvarı olmuş.[2] İkinci Dünya Savaşı sırasında uranyum ile nadir toprak elementlerini ayrıştırmayı başararak Manhattan Projesi (atom bombası) için 910 ton uranyum üreten[3] laboratuvar daha sonra nadir toprak elementleri araştırmalarının yürütüldüğü başlıca kurum olmuş ve 1950’lerde nadir toprak elementlerini ayrıştırmanın ekonomik yolları üstünde çalışmış. Bu konudaki araştırmalar renkli televizyonlar, telefon ve interneti hayatımıza getiren fiber optik kablolar gibi teknolojilerin yanı sıra güdümlü silahlarda kullanılan radarlar ve lazerler gibi savunma sanayiyle ilgili yenilikleri doğurmuş. 

1950’lerde ve 1960’larda Ames Laboratuvarı’na, başka araştırmalara ve laboratuvarlara yapılan devlet yatırımları bu konudaki teknolojik atılımların entelektüel altyapısını oluşturmuş. Ames Laboratuvarı kamu ve özel sektörden bilim insanlarının yüksek saflıkta nadir toprak elementi üretmeye yönelik araştırmalarını destekleyen bir program başlatmış ve önemli araştırmaları yayımlamak için Nadir Toprak Elementleri Enformasyon Merkezi’ni açmış.[4]

ABD’de küçük ölçekli nadir toprak elementi üretimi 1952’de California’daki Mountain Pass madeninde başlamış ve 1960’larda renkli televizyonlarda kullanılan evropyuma talebin artması buradaki üretimin de artmasını beraberinde getirmiş. 1980’lerin başına dek bu maden tüm dünyada nadir toprak elementi arzının yüzde 70’ini karşılamış. 1998’de madenin ayrıştırma tesisi kapatılmış ama nadir toprak elementleri içeren bastnazit konsantresi üretimi sürmüş. Ayrıştırma tesisinin kapatılması sonrasında başlatılan federal bir soruşturmada 1984 ile 1998 arasında tam 60 kez, toplam 600.000 galon radyoaktif radyum ve toryum da dahil zehirli atıkların çöl tabanına bırakıldığı tespit edilmiş ve bunun üzerine 2002’de maden kapatılmış.[5] İroniktir, Çin ve ABD’nin ikili ilişkilerinde açılım politikası izledikleri 1980’lerde nadir toprak elementi madenciliğini Çin’e tanıtan ABD olmuş. Madeni işleten Molycorp’un eski CEO’su Mark Smith, 1980’ler ve 1990’larda Çin’den gelen ziyaretçilere tesisi gezdirdiklerini anlatıyor.[6] 1980’lerde ABD ekonomisinin genelinde üretimin Çin’e ve başka Asya ülkelerine kaymasıyla birlikte nadir toprak elementi teknolojisi, ar-ge çalışmaları ve sanayisi de Asya’ya gitmiş.[7] Bir zamanlar Amerikalı öğrencilerin gözdesi olan Ames Laboratuvarı’na, 2000’lerde lisansüstü öğrenim için gelen öğrencilerin yüzde 50’sini Çinli öğrenciler oluşturmaya başlamış.[8] 

Çin’in “stratejik element”lerle yükselişi

Çin’de bu elementler 1927’de keşfedilmiş. Tanınmış Çinli jeolog Ding Daoheng İç Moğolistan’da Bayan Obo’daki demir yataklarını keşfetmiş, 1934’te burada nadir toprak elementleri içeren hem bastnasit hem monazit bileşimleri olduğu doğrulanmış. 1950’lerde maden işletilmeye başlamış ve 1950’lerin sonunda demir ve çelik üretim sürecinden nadir toprak metalleri geri kazanma çalışmaları başlatılmış. 1960’larda Weishan ve Shandong’da, 1980’lerde Sichuan’da yeni rezervler keşfedilmiş.[9] Bugün İç Moğolistan, Shandong, Jiangxi, Guandong, Hunan, Guangxi, Fujian ve Sichuan başta birçok eyalet ve bölgede nadir toprak elementi üreten Çin bugün, dünyadaki nadir toprak elementi madenciliğinin yüzde 60’ını, saflaştırmasının yüzde 91’ini, mıknatıs üretiminin yüzde 94’ünü gerçekleştiriyor.[10] 

Çin’de büyük ölçekli üretimin temelleri Mao’nun ölümünden sonra Deng Xiaoping’in dizginleri ele aldığı dönemde atılmış. 1980’lerde ucuz üretici olarak tercih ve teşvik edilen Çin’in yıllar içinde bu alandaki yükselişi ve bugün gerek rezerv büyüklüğü gerek üretimle açık ara önde oluşu eşsiz derslerle dolu bir süreç.

1960’lardan itibaren Bayan Obo madeninin geliştirilmesine büyük önem veren Çin, buna yönelik planlar çerçevesinde nadir toprak elementlerini elde etmenin daha verimli yollarıyla ilgili çalışmaları, bu konudaki araştırmaları teşvik etmiş. Nadir toprak elementlerinin küresel tüketimi artarken, Çin’in de üretim seviyesi artmış, 1978 ile 1989 arasında üretimini her yıl ortalama yüzde 40 artıran Çin, 1990’larda ihracatını da artırınca dünya çapında fiyatlar düşmüş. ABD’li Molycorp’un ve diğer üreticilerin üretimleri ciddi seviyede azalmış.

“Kurucu baba”: Kimyager Xu Guangxian

Bugün Çin’de nadir toprak elementleri sektörünün “kurucu babası” olarak anılan bir isim var: Kimyager Xu Guangxian.[11] 1951’de Columbia Üniversitesi’nden mezun olduktan sonra Çin’de Pekin Üniversitesi’ne dönen Xu, kuantum kimyası ve kimyasal bağlanma kuramı, radyasyon kimyası üstünde çalışmış; nükleer yakıtların ayrıştırılması ve çıkarılması alanındaki çalışmalarıyla nükleer silah programında yer almış, ama 1966’da başlayan Kültür Devrimi yıllarında o da hezimete uğrayanlardan biri olmuş ve Komintang’a casusluk yaptığı suçlamasıyla 1969 ile 1972 arasında bir çalışma kampında tutulmuş. Daha sonra 1972’de Pekin Üniversitesi’ne döndüğünde praseodimyum çıkarma alanında çalışması istenmiş, 1970’lerde nadir elementlerin elde edilmesini sağlayan kimyasal süreçler üstünde çalışan Xu, bu sürecin hem kısalmasını hem de maliyetinin düşmesini sağlayan yöntemler geliştirmiş.[12] Ülkede bu alanda çalışan kurumların kuruluşunda ve yeni araştırmalarında geliştirilmesinde oynadığı büyük rol nedeniyle iki kez Devlet Doğa Bilimleri Ödülü, iki kez Devlet Bilim ve Teknoloji İlerleme Ödülü, Ho Leung Ho Lee Bilimsel ve Teknolojik İlerleme Ödülü alan Xu, 2008’de Çin’in Nobel’i sayılan Devlet Yüksek Bilim ve Teknoloji Ödülü’ne layık görülmüş. 

Xu 1987’de Changchung Uygulamalı Kimya Enstitüsü’ne bağlı “Nadir Toprak Elementleri Kimyası ve Fiziği Açık Laboratuvarı”nın kurulmasına öncülük etmiş, 2002’de “Çin Bilimler Akademisi Nadir Toprak Elementleri Kimyası ve Fiziği” olarak adı değişen bu kurum, 2007’de Bilim ve Teknoloji Bakanlığı’na bağlı “Devlet Nadir Toprak Kaynakları Kullanımı Laboratuvarı” olmuş. Bugün aralarında iki Çin Bilimler Akademisi üyesi ve 20 profesör bulunan 40 öğretim üyesi çalışıyor bu laboratuvarda. Nadir toprak elementleri kimyası ve fiziği; biyoinorganik kimya ve nadir toprak elementleri ile bağlantılı elementlerin kimyasal biyolojisi, nadir toprak elementleri ayrıştırma kimyası başlıca çalışma alanları.

Xu Pekin Üniversitesi’ne bağlı Devlet Nadir Toprak Elementleri Kimyası ve Uygulamaları laboratuvarının kurulmasına da öncülük etmiş ve bu kurumun hem yöneticiliğini hem akademik kurul başkanlığını üstlenmiş. 1980’lerde nadir toprak elementlerinin ayrıştırılması konusunda büyük ilerlemeler kaydeden bu laboratuvar bugün ayrıştırma tekniklerinin yanı sıra nadir toprak elementlerinin işlevsel olduğu yeni malzemelerin keşfedilmesi ve bu elementlerin optik, elektrik ve manyetik özellikleriyle ilgili çalışmalar yürütüyor.

Nadir toprak elementleri alanında çalışan ve daha önceki tarihlerde kurulmuş iki kurum daha var: 1963’te kurulan Batou Nadir Toprak Elementleri Araştırma Enstitüsü bugün dünyanın en büyük nadir toprak elementleri araştırma ve geliştirme enstitüsü. Nadir toprak elementlerinin kapsamlı kullanımı ile ilgili çalışmalara odaklanan bu enstitüde nadir toprak elementleri metalurjisi, çevre koruma, nadir toprak elementlerinin işlevsel olduğu yeni malzemeler ve geleneksel sanayide nadir toprak elementleri uygulamaları ile ilgili araştırmalar yapılıyor. 1952’de kurulan Demir Dışı Metaller Genel Araştırma Enstitüsü ise demir dışında, nadir toprak elementleri de dahil diğer metaller üzerine araştırma-geliştirme çalışmaları yapıyor. Özellikle temel araştırmalara odaklanan Pekin’deki laboratuvar dışında, diğer üç laboratuvar uygulamaya yönelik araştırmalar yürütüyor.

Çin’de nadir toprak elementlerini konu alan iki dergi yayınlanıyor. Çin Nadir Toprak Elementleri Cemiyeti’nin çıkardığı bu dergilerden biri Nadir Toprak Elementleri Dergisi, diğeri Çin Nadir Toprak Elementleri Enformasyon dergisi. Dünyada yalnızca bu konuda yayın yapan başka dergi bulunmuyor.[13]

Siyasal kararlılık ve irade

Bu bilimsel atılımın ardında siyasal bir kararlılık olduğu gözleniyor. 1980’lerden itibaren yüksek teknoloji üretiminde lider olmayı hedefleyen Çin’in bu hedef doğrultusunda tutarlı ve tamamlayıcı adımlar atarak ilerlediğini görüyoruz. Deng Xiaoping’in Mart 1986’da üç bilim insanının önerdiği, ülkenin yüksek teknoloji alanında kalkınmasını hızlandıracak ve bugün Program 863 diye bilinen bir planı kabul etmesi önemli bir dönüm noktası. Gelişmiş dünya ile Çin arasındaki açığı kapatmaya yönelik bu program biyoteknoloji, uzay, enformasyon, lazer, otomasyon, enerji ve yeni malzemelere odaklanıyormuş. Bundan on bir yıl sonra Mart 1997’de de Çin Bilim ve Teknoloji Bakanlığı Program 973’ü başlatmış. Çin’deki en büyük temel araştırma programı olan bu program çerçevesinde nadir toprak elementleriyle ilgili, ülkenin ihtiyaç duyduğu konulara odaklanan birçok araştırma ve proje desteklenmiş.[14]

1980’lerde bu sektörün genişlemesini sağlayan başlıca politika aygıtlarından biri ihracat gelirlerine yüzde 17 vergi indirimi getirilmesi olmuş. Bu sayede yerli üreticiler teşvik edilmiş. Çin ayrıca yerli üreticilerin yabancı şirketlerle ortaklık kurmasını da teşvik etmiş. 1979’da Japonya’nın Inoue Japax Research şirketi, cevher analizi, ürün uygulama gibi konularda yapılan araştırmalara katılmış. 1989’da Ke Ning Da şirketi ABD’li Tredas International ile 40 ton mıknatıs üretimi için ortaklık kurmuş. Daha sonra Kanada ve başka Batılı ülkelerle de ortaklıklar kurulmuş.[15]

Çin 1990’da “stratejik element” ilan etmiş

Nadir toprak elementi piyasasının ABD ile Çin arasındaki ikili ilişkilere duyarlı olduğu aslında 1990’da ortaya çıkmış olsa gerek. 1990’da bu elementleri korunması gereken stratejik mineraller ilan eden Çin, yabancı yatırımcıların Çin topraklarında nadir toprak elementlerini madenciliği yapmasını yasaklamış. Önceki yıl Tiananmen Olayı nedeniyle ABD ile ilişkilerinin gerildiğini, ABD Kongresi’nin Çin’e karşı bazı yaptırımlar uygulama kararı aldığını hatırlatalım. Çin’in korumacı bir tutum içine girmesinde ABD’nin yaptırım kararı etkili olmuş olabilir pekâlâ.  

Çin hükümetinin 1990’da aldığı bu korumacı karar gereği, yabancı yatırımcıların bu elementleri eritme, ayrıştırma projelerine katılımları da Çinli şirketlerle ortak girişim kurmaları koşuluna bağlanarak kısıtlanmış. Nadir toprak elementi madenciliği ve eritme projelerinin tamamının Devlet Kalkınma ve Planlama Komisyonu’ndan izin alması koşulu getirilmiş. Çin şirketleriyle ortak yabancı yatırımlarınsa hem bu komisyondan hem Ticaret Bakanlığı’ndan (2003 öncesi Dış Ticaret ve Ekonomik İşbirliği Bakanlığı’ndan) izin alması istenmiş. 1990’ların başından beri nadir elementler dahil ülkenin stratejik emtiasının üretimiyle ilgili planların geliştirilmesinden Toprak ve Kaynaklar Bakanlığı sorumlu.[16] Çin nadir toprak elementi üretimini vergi indirimiyle teşvik ederken, ihracatını kotalarla düzenliyor.

Deng’in “Ortadoğu’da petrol var, Çin’de toprak elementleri,” açıklamasını yaptığı 1992’de[17] Devlet Konseyi’nin Baotou Nadir Toprak Elementleri Yüksek Teknoloji Sanayi Kalkınma Bölgesi’nin kurulmasını onayladığını görüyoruz. Bundan yedi yıl sonra Devlet Başkanı Jiang Zemin Çin’in rotasını şu sözlerle dile getirmiş: “Nadir toprak elementlerini geliştirme ve uygulama çalışmalarını iyileştirdin mi kaynak avantajını ekonomik üstünlüğe çevirirsin.”[18]

1990 ile 2000 arasında Çin’de nadir toprak elementi üretiminde adeta bir patlama yaşanmış. 1990’da 16.000 ton olan üretim yüzde 450 artarak 2000’de 73.000 tona çıkmış. Sonraki yıllarda da bu yükseliş sürmüş. 2001-2011 döneminde İç Moğolistan’daki Bayan Obo madeni, Çin’in toplam nadir toprak elementi üretiminin yüzde 50-60’ını gerçekleştirmiş. Sichuan eyaletiyse aynı dönemde yüzde 24-30 ile ikinci sırada yer almış. Ülkenin güneyindeki Fujian, Guangdong ve Jiangxi eyaletleriyse “ağır” nadir toprak elementleri üretimiyle öne çıkıyor. Çin’in kendi iç tüketimi de 2008 sonrasında yükselişe geçmiş.[19]

Özellikle bu tarihten sonra Çin’in ihracat kotaları uygulamaya başladığı, yerli ve yabancı ortaklı üreticilere ayrı ihracat kotaları uyguladığı dikkat çekiyor. Bu politikaların sonucunda ülke içinde nadir toprak elementi talebinin arttığı, başka bir deyişle bu elementleri girdi olarak kullanan sektörlerin geliştiği gözleniyor. Şöyle ki 2011’de Çin mıknatıs sektörü, toplam nadir toprak elementi kullanımında yüzde 30, metalurji yüzde 15, kimya ve petrol sanayi yüzde 10, seramik ve cam yüzde 10, tarım ve tekstil yüzde 10, hidrojen depolama teknolojileri yüzde 9, diğer sektörler yüzde 16 paya sahip olmuş.[20]

Çin’de kaçak madenlere karşı konsolidasyon

2000’lerden itibaren izlenen, stratejik sektörlere yapılan yabancı yatırımların kontrol altına alınması politikasının olumsuz etkilerinden biri, nadir toprak elementi fiyatlarının yükselmesiyle birlikte kazanç elde etmek isteyen yasadışı çetelerin de bu işe girmesi ve yasadışı madenlerin açılması, kaçakçılığın başlaması olmuş. Buna karşılık Çin yönetiminin sektörü düzenleme çabasına girdiği gözleniyor. 2000-2011 dönemi Çin’de yerli üreticilerin artmasıyla birlikte sektörde düzenleme ihtiyacının başgösterdiği ve büyük grupların oluşmasının sektör yararına olduğunun anlaşıldığı bir dönem olmuş.[21]

Devlet Konseyi 2011’de Nadir toprak Elementi Sanayinin Sürdürülebilir ve Sağlıklı Gelişimini Teşvikle İlgili Görüşler başlıklı belgeyi yayınlayarak devletin bu sanayii daha fazla denetlemesi ve ihracat denetiminin artırılması çağrısında bulunmuş. Ayrıca yine 2011’de fiyatlamanın yabancı alıcılarla birlikte kolektif olarak belirlenmesi amacıyla Çin Nadir toprak Elementi Sanayii Birliği adlı sanayi grubu kurulmuş.[22] Aynı yıl Çevre Koruma Bakanlığı’nın çıkardığı bir yönergeyle nadir toprak elementi üreticilerinin çevreye salım standartlarına uymaları, aksi takdirde kapatılacakları duyurulmuş. 2011’den itibaren çoğu kez çevreye ağır zarar veren kaçak madenlerin de aralarında olduğu yüzlerce küçük nadir toprak elementi madenini kapatmak ve sektörde altı büyük şirket bırakmak için eyalet makamlarına madenleri teftiş etme ve gerekli gördüklerine buralarda faaliyeti durdurma yetkisi verilmiş.[23] Bu konuda Bautou’da nadir toprak elementlerinin üretimi sırasında ortaya çıkan radyoaktif toryum tozlarının yaklaşık 150 milyon kişinin su kaynağı olan Sarı Nehir’e karıştığı konusunda ilk ciddi uyarıyı yapanın da sektörün “kurucu babası” Xu olduğunu hatırlatalım.[24]

Birkaç yıl içinde İç Moğolistan’da Bayan Obo’da faaliyet gösteren Baotou Steel Rare-Earth Hi-Tech, güney Çin’de sektöre yön veren China Minmetals, Aluminum Corporation of China Limited ile China Non-Ferrous Metal Mining sektörün büyük isimleri olarak öne çıkmış. Aralık 2021’de de China Minmetals Rare Earth, Aluminum Corporation of China Limited Rare Earth, Ganzhou Rare Earth Group, China Southern Rare Earth Group ve başka şirketlerin katılımıyla birlikte yeni bir büyük şirket kurulmuş. Devlete ait bu teşekkül bugün Çin’de nadir toprak elementleri üretiminin yaklaşık yüzde 70’ini kontrol ediyor.[25]

2010 sonrası yeni düzenlemeler ve ilk kriz

2010-2011 sonrası nadir toprak elementi üretiminde üretici ve tüketici ülkeleri yeni politikalar izlemeye yönelten bir dönüm noktası olarak karşımıza çıkıyor. Çin’in daha 1990’larda “stratejik element” olarak belirlediği bu elementlerin ve bunlardan üretilen ürünlerin iç tüketimine ağırlık vermesi, başka bir deyişle yüksek teknoloji geliştirme hamlesinin belirleyici bir etken olduğu söylenebilir. Xu 2005’te Bayan Obo’daki nadir toprak elementleri ve toryum kaynaklarının “acilen korunması ve akılcı kullanılması gerektiği” uyarısında bulunmuş. Çin’in o dönem sürdürdüğü madencilik hızıyla – yılda 10 milyon ton cevher – buradaki cevherin 35 yıl içinde tükeneceğini tahmin ediyormuş.[26] Askeri uzman Dai Xu, Çin’in 2009 öncesi pratiğini şöyle özetliyor: “Çin değerli nadir toprak metallerini 20 yıl boyunca toz toprak parasına sattı.”[27] Başka bir deyişle, en önemli stratejik kaynağından yoksun kalırken çevreye de onulmaz zararlar verdi.

2010’da Çin ile Japonya ilişkilerinin bir deniz kazası sonrası gerilmesi nedeniyle Çin’in Japonya’ya nadir toprak elementi ihracatını kısıtlaması ve genel olarak izlediği korumacı politika 2012’de ABD, Avrupa Birliği ve Japonya tarafından Dünya Ticaret Örgütü’ne taşındı. Dünya Ticaret Örgütü Çin aleyhine karar aldı ve Çin de bu karara uydu. Yukarıda anlattığımız gibi ihracat kotalarından ziyade kendi içinde piyasayı düzenleme, küçük ve düzensiz madencilik faaliyetlerine son verme yoluna gitti. Sektörü düzenlemeye yönelik, daha önceki yıllarda benimsenmiş programları güçlendiren strateji belgeleri ve politikalar üretti. 2016’da çıkarılan 2016-2020 dönemini kapsayan ikinci “Nadir toprak Elementleri Sanayiini Geliştirme Planı” da bunlardan biriydi. İnovasyon, piyasa odaklı büyüme, sektörün konsolidasyonu, kaynak yönetimi, çevre standartlarının geliştirilmesi, stratejik sektörlerde nadir toprak elementi uygulamalarının artırılması, yerli ve yabancı piyasalar için yeni tedarik zincirlerinin geliştirilmesi bu planın başlıca vurguları arasında yer alıyordu.

Çin daha sonra 2020’de stratejik varlıkların ihracatıyla ilgili olarak, bugünkü kısıtlamaların da temel yasal dayanağını oluşturan İhracat Kontrol Yasası’nı çıkardı.

Yarın: 2025 Nadir Toprak Elementleri Krizi