Rare earth elements in railway infrastructure – potentials for an information system as a tool for operators and other stakeholders

• Autorzy: Michelberger F. , Grossberger H. , Judmaier P.

Warianty tytułu

PL

Pierwiastki rzadkie w infrastrukturze kolejowej – potencjał dla systemu informacyjnego jako narzędzie dla operatorów i innych zainteresowanych stron

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Rare earth elements are used for specific products and components in the railway infrastructure. The application of rare earths in this sector includes fields such as command and control technology, power supply and telecommunication. The demand for these items continues to rise, whereas the natural supply remains limited. This can lead to escalation of prices and can advance to natural resource conflicts. In addition, the degradation of these elements is often carried out under conditions which can be life threatening or harmful. This contribution presents a new systematic approach for analysis of rare earths in the field of railway infrastructure. This fills the gap of studies in the sector of railway infrastructure regarding identification, substitution, recycling and innovation to replace these elements, which are well performed in other fields of technology and industry. This paper first provides the basics of rare earths and analyses their relevance in the sector. Furthermore, proposes a basic conceptual design of an information system for evaluation and analysis of these elements. This was done by contextual analysis where the relevant stakeholders such as infrastructure operators or industry, were identified. The analysis included the demand of the stakeholder for such an information system. Thus, the design and the architecture of an information system was specified. The system should provide a tool for operators of rail infrastructures to get a systematic overview on the use of rare earths elements and for strategic decisions, e.g. substitution by other elements, cooperation with suppliers for alternatives, including consideration of the Life Cycle Cost.

PL

Pierwiastki rzadkie są wykorzystywane do konkretnych produktów i komponentów infrastruktury kolejowej. Zastosowanie pierwiastków rzadkich w tym sektorze zawiera się w obszarach, takich jak: dowodzenie i techniki sterowania, zasilanie oraz telekomunikacja. Popyt na pierwiastki rzadkie nadal rośnie, podczas gdy naturalna podaż pozostaje ograniczona. Może to prowadzić do eskalacji cen, i przekształcić się w konflikty o zasoby naturalne. Ponadto, degradacja takich elementów często przeprowadzana jest w warunkach, które mogą stanowić zagrożenie dla życia. Artykuł pokazuje nowe podejście do analizy systematycznej pierwiastków rzadkich w obszarze infrastruktury kolejowej. Analiza wypełnia lukę w badaniach w sektorze infrastruktury kolejowej w zakresie identyfikacji, substytucji, recyklingu i innowacji elementów, które 112 F. Michelberger, H. Grossberger, P. Judmaier są dobrze opisane w innych dziedzinach techniki i przemysłu. Praca jako pierwsza dostarcza podstaw wiedzy obejmującej pierwiastki rzadkie i analizuje ich znaczenie w sektorze kolejowym. Ponadto, proponuje podstawowy projekt koncepcyjny systemu informacji do oceny i analizy tych elementów. Został on opracowany na podstawie analizy kontekstowej, w którym brały udział zainteresowane strony, takie jak operatorzy infrastruktury i przemysłu. W analizie uwzględniono zapotrzebowanie udziałowcy dla takiego systemu informatycznego. Zarówno projektowanie, jak i architektura systemu informacyjnego zostały określone. System powinien być narzędziem dla operatorów infrastruktury kolejowej tak, aby móc uzyskiwać systematyczny przegląd wykorzystania pierwiastków rzadkich i podejmować strategiczne decyzje, przykładowo dotyczące zastąpienia ich przez inne elementy, współpracy z dostawcami dla alternatyw, uwzględniania kosztu cyklu życia.

Słowa kluczowe

EN

rare earth elements (REE); information system; environment; resources; railway infrastructure; rail

PL

pierwiastki ziem rzadkich; system informacyjny; środowisko; zasoby; infrastruktura kolejowa; kolej

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Śląskiej
• Czasopismo: Transport Problems
• Rocznik: 2015
• Tom: T. 10, z. spec.
• Strony: 111--124
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Michelberger F.

• St. Poelten University of Applied Sciences, Matthias Corvinus-Straße 15, St. Poelten, 3100, Austria

autor

Grossberger H.

• St. Poelten University of Applied Sciences, Matthias Corvinus-Straße 15, St. Poelten, 3100, Austria

autor

Judmaier P.

• St. Poelten University of Applied Sciences, Matthias Corvinus-Straße 15, St. Poelten, 3100, Austria

Bibliografia

• 1. Angerer, G. & Erdmann, L. & Marscheider-Weidemann, F. & Scharp, M. & Lüllmann, A. & Handke, V. & Marwede, M. Rohstoffe für Zukunftstechnologien. Stuttgart: Fraunhofer IRB Ve, 2009. [In German: Angerer, G. & Erdmann, L. & Marscheider-Weidemann, F. & Scharp, M., Lüllmann, A. & Handke, V. & Marwede, M. Raw Materials for Future Technologies. Stuttgart: Fraunhofer IRB Ve].
• 2. Duce, A.D. Life Cycle Assessment of conventional and electric bicycles. Eurobike 2011. Friedrichshafen. September, 2011.
• 3. European Commission, DG Enterprise and Industry: Critical raw materials for the EU. Report of the Ad-hoc Working Group on defining critical raw materials. 30 July 2010.
• 4. European Commission. The Raw Materials Initiative – meeting our critical needs for growth and jobs in Europe. SEC(2008) 2741.
• 5. U.S. Department of Energy: Critical Materials Strategy. December, 2011.
• 6. Geoscience news and information. REE - Rare Earth Elements and their Uses. 2013. Available at: http://geology.com/articles/rare-earth-elements/
• 7. Gambogi, J. U.S. Geological Survey, Mineral Commodity Summaries. January, 2013.
• 8. Moss, R.L. & Tzimas, E. & Kara, H. & Willis, P. & Kooroshy, J. Critical Metals in Strategic Energy Technologies. Assessing Rare Metals as Supply- Chain Bottlenecks in Low Carbon Energy Technologies. JRC Scientific and Technology Report. EUR 24888 EN. European Union, 2011.
• 9. Alonso, E. & Sherman, A.M. & Wallington, T.J. & Everson, M.P. & Field, F.R. & Roth, R. & Kirchain, R.E. Evaluating Rare Earth Element Availability: A Case with Revolutionary Demand from Clean Technologies. Environ. Sci. Technol. 2012. Vol. 46 (6). P. 3406-3414.
• 10. Du, X. & Graedel, T.E. Global Rare Earth In-Use Stocks in NdFeB Permanent Magnets. Journal of Industrial Ecology. 2011. 10.1111/j.1530-9290.2011.00362.x.
• 11. Du, X.Y. & Graedel, T.E. Uncovering the end uses of the rare earth elements. Sci. Total Environ. 2013. Vol. 461. P. 781-784.
• 12. Saleem, H. A. Social and Environmental Impact of the Rare Earth Industries. Resources. 2014. Vol. 3. P. 123-134. doi:10. 3390/resources3010123.
• 13. Binnemans, K. Economics of rare earths: the balance problem. ERES2014: 1st European Rare Earth Resources Conference. Milos 04 - 07/09/2014.
• 14. Zepf, V. Seltene Erden – Nachhaltige Strategien. Vortrag Earth Day 2012 – Wahre die Schätze dieser Erde [In German: Zepf, V. Rare Earth – Sustainable Strategie. Presentation Earth Day 2012 - True Treasures of this World].
• 15. The Guardian. Rare earth mining in China: the bleak social and environmental costs. 2014. Available at: http://www.theguardian.com/sustainable-business/rare-earth-mining-china-socialenvironmental- costs.
• 16. USGS. Summary of REE resources. Available at: http://minerals.usgs.gov/minerals/ pubs/commodity/rare_earths/mcs-2013-raree.pdf.
• 17. Oeko-Institut. Hintergrundpapier Seltene Erden. 2011. Available at: http://www.oeko.de/ oekodoc/1110/2011-001-de.pdf [In German: Oeko-Institute: Background Paper Rare Earth Elements, 2011].
• 18. Ecodesign Plus. Product Carbon Footprint. 2014. Available at: www.ecodesignplus.com.
• 19. European Commission. Materials Roadmap Enabling Low Carbon Energy Technologies. SEC(2011) 1609 final. Available at: http://setis.ec.europa.eu/activities/materials-roadmap.
• 20. Elektroniknet: Obsolescence Management bei der Deutsche Bahn Fahrzeuginstandhaltung. 2012. Available at: http://www.elektroniknet.de/elektronikfertigung/strategien-trends/artikel/93777/ [In German: Elektroniknet. Obsolescence management within Deutsche Bahn vehicle maintenance].
• 21. Statista. Anteile am import von seltene erden-zusammensetzungen in ausgewählten EU-ländern im jahr 2010. [In German: Statista. Share of import of rare earth elements in special countries within EU in the year 2010]. Available at: http://de.statista.com/statistik/daten/studie/180482/ umfrage/ import-von-seltene-erden-zusammensetzungen-der-eu.