Untersuchung zu Seltenen Erden: Permanentmagnete im

www.oeko.de
Ressourceneffizienz- und Kreislaufwirtschaftskongress Baden-Württemberg
Forum 6: Energieeffiziente industrielle Antriebe und deren Abhängigkeit von
Selten Erden
Untersuchung zu Seltenen Erden:
Permanentmagnete im industriellen Einsatz in
Baden-Württemberg
Dr. Matthias Buchert
Stuttgart, 13. November 2013
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Agenda

Hintergrund

Permanentmagnete in Industrieanwendungen

Mengenabschätzung

Recyclingpotenziale

Ausweichstrategien

Ausblick: Maßnahmen zur Unterstützung der Recyclingkette
Matthias Buchert│Stuttgart│13. November 2013
2
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Hintergrund

Seltene Erden (SE) sind für die Versorgungssicherheit
zahlreicher Industriezweige und für viele
Zukunftstechnologien unverzichtbar.

Haupteinsatzgebiete der Seltenen Erden Neodym,
Praseodym und Dysprosium sind Neodym-Eisen-BorPermanentmagnete.

Die Wachstumsraten der Magnetanwendungen liegen
höher als bei anderen Anwendungen der Seltenen
Erden.

Eine auffällige Lücke hinsichtlich des Wissensstandes
zu Permanentmagneten und damit zu Seltenen Erden
stellen die diversen industriellen Anwendungen dar.
Seltene
Erden
Matthias Buchert│Stuttgart│13. November 2013
3
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Anwendungsbereiche der Seltenen Erden
Seltene Erden-Verbrauch 2008 nach Menge (IMCOA, 2010)
Andere
Phosphor
6%
7%
MetallLegierung
18%
Seltene
Erden
Katalysatoren
20%
Glas,
Polierung,
Keramik
28%
Magnete
21%
Dabei weisen die Magnete die höchste Steigerungsrate auf.
2008:
2012:
Matthias Buchert│Stuttgart│13. November 2013
64.000 t NdFeB-Magnete (Luo 2008)
120.000 t NdFeB-Magnete (Gutfleisch 2013)
4
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Anwendungen von NdFeB-Magneten in der Industrie

Permanentmagnete sind weit verbreitet in der Industrie
(Einsatz von E-Motoren unterschiedlichster Größe in
diversen Branchen, Magnete als Hebewerkzeuge sowie
in Sortieranlagen der Metallrecyclingwirtschaft etc.)

Permanentmagnete in industriellen Anwendungen sind
deutlich größer als z.B. in Notebooks.
NdFeBMagnete
‒
Matthias Buchert│Stuttgart│13. November 2013

Bessere Recyclingmöglichkeit

Chance für Business-to-business-Kontakte
vergleichbar zu Industriekatalysatoren
(Edelmetalle)
Permanentmagnete in industriellen Anwendungen
enthalten in der Regel einen höheren Anteil am
wertvollen Dysprosium.
5
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Studie des Öko-Instituts zu Industrieanwendungen
von NdFeB-Magneten
Untersuchung
Analyse

Bottom-up-Analyse über Befragung von Unternehmen
mittels Fragebogen (Unterstützung durch LVI/BDSV)

Top-Down-Analyse über Produktionsstatistiken
Erkenntnisse:

Anwender in der Industrie wissen meist wenig über die
technischen Details ihrer Anlagen / Motoren

Synchrone Servomotoren als wichtigste Anwendung
von Permanentmagneten werden nicht in offiziellen
Statistiken (z. B. Eurostat) erfasst.
Interviews mit Motorenherstellern
Matthias Buchert│Stuttgart│13. November 2013
6
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Synchrone Servomotoren
Produktion

Produktion in der EU: 1,5 – 2
Millionen, davon 50% in
Deutschland

ca. 50 % der Motoren aus D
werden exportiert (als Motoren
oder in Maschinen/Anlagen)
Servomotoren
Quelle: SEW, Wikimedia Commons,
Lizenz: CC-BY-SA-3.0, www.creative-commons.org
Magnete

Typisches Magnetgewicht pro Motor: 0,05 – 0,2 kg
Magnet

Magnetgewicht kann in Motoren für Industrieanwendungen aber auch mehrere kg betragen.
Matthias Buchert│Stuttgart│13. November 2013
7
Produktion synchroner Servomotoren
in Deutschland
Servomotoren
Anzahl Servomotoren pro Jahr
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Synchrone Servomotoren: Entwicklung
1.400.000
1.200.000
1.000.000
800.000
600.000
400.000
200.000
0
1980
1985
1990
1995
2000
2005
2010
2015
Jahr
Matthias Buchert│Stuttgart│13. November 2013
8
Stock an NdFeB-Permanentmagneten
in der Industrie in Deutschland
1400
1200
Stock
Permanentmagnete [t]
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Entwicklung des Stocks an NdFeB-Magneten
1000
800
600
400
200
0
1985
1990
1995
2000
2005
2010
2015
Jahr
davon ca. 20% in Baden-Württemberg
Matthias Buchert│Stuttgart│13. November 2013
9
100
IE-Klassen
Minimum Motoreneffizienz [%]
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Treiber Energieeffizienzstandards EU
95
90
85
IE1
80
IE2
IE3
75
IE4
70
0
1
10
Motorenleistung [kW]
100
1000
Die Verschärfung der Energieeffizienzstandards für Elektromotoren in der EU stärkt die Tendenz zu energiesparenden
Servomotoren mit NdFeB-Magneten.
Matthias Buchert│Stuttgart│13. November 2013
10
Potenziell verfügbare Magnetmengen
(aus ausgemusterten Motoren in Deutschland)
120
Magnetmengen (t/Jahr]
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Potenziell verfügbare Mengen pro Jahr
an NdFeB-Magneten
Mengenpotenziale
100
80
60
40
20
0
2010
2015
2020
2025
2030
Jahr
Aber:
Matthias Buchert│Stuttgart│13. November 2013
Ausgemusterte Motoren bzw. Maschinen / Anlagen
werden heute vielfach ins Ausland weiterverkauft.
11
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Ausweichstrategien
Alternativen
•
SmCo-Magnete statt NdFeB-Magnete
•
Reduktion des SE-Gehalts der Magnete, v. a. Dy-Gehalt
•
Andere Motorentypen ohne SE, z. B. Reluktanzmotoren
•
Wiederverwendung gebrauchter Rotoren
Hochpreisphase für SE 2010/11 war zu kurz, um langfristige
Änderungen zu bewirken!
Matthias Buchert│Stuttgart│13. November 2013
12
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Heutige Situation des Recyclings I
●
Motoren sind sehr beständig und können langfristig genutzt
werden (~ 15 Jahre).
●
Rotoren mit Magneten sind kaum reparaturanfällig.
●
Allerdings fallen auch heute schon Motoren mit NdFeBMagneten für die Kreislaufwirtschaft an (frühe Modelle
sowie Motoren mit unterdurchschnittlicher Lebensdauer)
●
Es gibt Hinweise, dass erste Recycler und
Motorenhersteller NdFeB-Magnete aus ausgemusterten
Motoren separieren und lagern, bis Recyclinglösungen auf
wirtschaftlicher Ebene umgesetzt sind.
Recyling
Matthias Buchert│Stuttgart│13. November 2013
13
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Heutige Situation des Recyclings II
●
Langfristig werden Motoren
vielfach als Teil von in
Deutschland ausgemusterten
Anlagen ins Ausland verkauft
(Osteuropa, Zentralasien,
Indien, China, …).
●
Was mit den Magneten
langfristig passiert, ist bei den
Industrieanwendern bzw. den
Motorenherstellern wenig
bekannt.
Recyling
●
Elektromotorenrecycling in Nanjing, China
Quelle: Stougard, Wikimedia Commons,
Lizenz: CC-BY-SA-3.0, www.creative-commons.org
Vermutlich landen die SE bei den Metallrecyclern im
Ausland schlussendlich im Stahlrecycling oder im
Restmüll.
Matthias Buchert│Stuttgart│13. November 2013
14
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Kreislaufwirtschaft
Kreislaufwirtschaft
●
Dy-Gehalt macht Magnete aus Industriemotoren aus
wirtschaftlicher Sicht interessant.
●
Gesamtmengen an zurzeit verfügbaren Magneten aus
Industriemotoren werden mittelfristig interessant.
●
Aktuelle Forschungen zeigen, dass Recycling der Seltenen
Erden aus gebrauchten Magneten möglich ist.
Zur Erschließung der SE-Sekundärpotenziale aus
Magneten der Industrie (und anderen Anwendungen) ist
der Aufbau einer europaweiten Recycling-Infrastruktur
für Permanentmagnete zwingend notwendig!
Wichtig: Einfache Kennzeichnung der Magnete in
Motoren erforderlich, z. B. „NdFeB“, „SmCo“.
Matthias Buchert│Stuttgart│13. November 2013
15
www.oeko.de
Danke für Ihre Aufmerksamkeit!
Dr. Matthias Buchert
Bereich Infrastruktur & Unternehmen
Öko-Institut e.V.
Büro Darmstadt
Rheinstraße 95
64295 Darmstadt
Telefon: +49 6151 8191 147
E-Mail: [email protected]
Matthias Buchert│Stuttgart│13. November 2013
16
Materialeffizienz
Seltene Erden
Gregor Dietz
Marktmanager Motoren
EURODRIVE Germany
SEW-EURODRIVE GmbH & Co KG
Ernst-Blickle-Straße 42
76646 Bruchsal
Tel.
Fax
Mobil
Mail
+ 49 7251 75 2415
+ 49 7251 75 502415
+ 49 172 75 23873
[email protected]
1
18.11.2013
SEW-EURODRIVE in der Welt …..
Über 15.000
Mitarbeiter
2
15 Fertigungswerke
75 Drive Technology Center
Standorte in
45 Ländern
über 2,5 Mrd. €
Umsatz 2012/2013
Seit über
80 Jahren
18.11.2013
3
Leitebene
Softwarelösungen
Energieeffizienzklassen
Oberflächen- und
Korrosionsschutz
Kommunikation
Steuerungsebene
Motion Control mit integrierter Steuerungstechnik
Explosionsschutz
Schaltschrankebene
Antriebselektronik
Feldebene
Getriebemotoren / Industriegetriebe / Servo-Antriebstechnik / Dezentrale Antriebstechnik
… die strategische Bedeutung wurde bereits früh erkannt!
4
Dysprosium
5
18.11.2013
Verzwickte Situation:
Entwicklung eines
neuen Produktes
dauert ca. 30 Monate.
Zusatzkosten können
nicht aus dem unternehmerischen Ertrag
übernommen werden.
Dysprosium und Neodym sind
Bestandteil der (Dauer-) Magnete
in den synchronen Servomotoren
und können nicht (unmittelbar)
ersetzt werden.
Was machen die
Mitanbieter gleicher
Produkte?
Was kann man
unseren Kunden
zumuten?
6
18.11.2013
Beschluss: Einführung eines Materialzuschlag beim Verkaufspreis.
18.11.2013
7
…. und heute?
8
18.11.2013
9
18.11.2013
Bauteil
Stator
Rotor
Material
Trennbarkeit ?
Kreislauf ?
Gehäuse
Aluminiumlegierung
Ja
Ja, > ~ 70% (?)
Blechpaket
Hochlegiertes Stahlblech
Ja
Ja, > ~ 80% (?)
Wicklung
Isolierter Kupferdraht
Ja
Ja, > ~ 80% (?)
Imprägnierung
Epoxid-Verguß
Ja
Nein
Welle
Stahl
Ja
Ja, > ~ 80% (?)
Blechpaket
Hochlegiertes Stahlblech
Ja
Ja, > ~ 80% (?)
Magnete
Eisen-SeltenErdenLegierung
Unklar
Nein
Aluminiumlegierung
Grauguß
Ja
Ja, > ~ 70% (?)
Ja, > ~ 90% (?)
Deckel
Flansche
Lagerung
Kugellager
Stahl
Ja
Ja, > ~ 90% (?
Sonstiges
Schrauben
Stahl
Ja
Ja, > ~ 90% (?
Ja
Nein.
Dichtungen
10
18.11.2013
Seltene Erden – Eine Übersicht
13. November 2013
Dr. Bernd Grieb
Magnequench GmbH
Tübingen
A Molycorp Company
‹Nr.›
Safe Harbor Statements
This presentation contains forward-looking statements that represent
Molycorp's beliefs, projections and predictions about future events or
Molycorp's future performance. Forward-looking statements can be
identified by terminology such as “may,” “will,” “would,” “could,” “should,”
“expect,” “intend,” “plan,” “anticipate,” “believe,” “estimate,” “predict,”
“potential,” “continue” or the negative of these terms or other similar
expressions or phrases. These forward-looking statements are necessarily
subjective and involve known and unknown risks, uncertainties and other
important factors that could cause Molycorp's actual results, performance
or achievements or industry results to differ materially from any future
results, performance or achievement described in or implied by such
statements.
Factors that may cause actual results to differ materially from expected
results described in forward-looking statements include, but are not limited
to: the potential need to secure additional capital to implement Molycorp's
business plans, and Molycorp's ability to successfully secure any such
capital; Molycorp's ability to complete its planned capital projects, such as
its modernization and expansion efforts, including the achievement of an
run rate capacity of 19,050 metric tons at its Mountain Pass, California rare
earth mine and processing facility, or the Molycorp Mountain Pass facility,
which management refers to as Project Phoenix Phase 1, and the second
phase capacity expansion plan, which management refers to as Project
Phoenix Phase 2, and reach full planned production rates for REO and other
planned downstream products, in each case within the projected time
frame; the success of Molycorp's cost mitigation efforts in connection with
Project Phoenix Phase 1 and Project Phoenix Phase 2, which if
unsuccessful, might cause its costs to exceed budget; the final costs of
Molycorp's planned capital projects, such as Project Phoenix Phase 1 and
Project Phoenix Phase 2, which may differ from estimated costs; Molycorp's
ability to successfully integrate Neo Material Technologies, Inc. (now
Molycorp Canada), with its operations; Molycorp's ability to achieve fully the
strategic and financial objectives related to the acquisition of Molycorp
Canada, including the acquisition's impact on Molycorp's financial condition
and results of operations; unexpected costs or liabilities that may arise from
the acquisition, ownership or operation of Molycorp Canada; the rate of
exchange of the U.S. dollar to the Canadian dollar, the Japanese yen, the
Chinese Renminbi, and the Euro; new products pricing; andthe competitive
environment for these new products; unexpected actions of domestic and
foreign governments; various events that could disrupt operations,
including natural events and other risks; uncertainties associated with
Molycorp's reserve estimates and non-reserve deposit information, including
estimated mine life and annual production; uncertainties related to
feasibility studies that provide estimates of expected or anticipated costs,
expenditures and economic returns, REO prices, production costs and other
expenses for operations, which are subject to fluctuation; uncertainties
‹Nr.›
2
regarding global supply and demand for rare earths materials; uncertainties
regarding the results of Molycorp's exploratory drilling programs; Molycorp's
ability to enter into additional definitive agreements with its customers and
its ability to maintain customer relationships; Molycorp's sintered
neodymium-iron-boron rare earth magnet joint venture's ability to
successfully manufacture magnets within its expected timeframe;
Molycorp's ability to successfully integrate other acquired businesses;
Molycorp's ability to maintain appropriate relations with unions and
employees; Molycorp's ability to successfully implement its vertical
integration strategy; environmental laws, regulations and permits affecting
Molycorp's business, directly and indirectly, including, among others, those
relating to mine reclamation and restoration, climate change, emissions to
the air and water and human exposure to hazardous substances used,
released or disposed of by Molycorp; uncertainties associated with
unanticipated geological conditions related to mining; and uncertainties
regarding the outcome of a pending SEC investigation.
For more information regarding these and other risks and uncertainties that
Molycorp may face, see the section entitled “Risk Factors” of the Company's
Annual Report on Form 10-K for the year ended December 31, 2011 and of
the prospectus for this offering and the Company’s Company's Quarterly
Reports on Form 10-Q incorporated by reference therein. Any forwardlooking statement contained in this presentation or the prospectus reflects
Molycorp's current views with respect to future events and is subject to
these and other risks, uncertainties and assumptions relating to Molycorp's
operations, operating results, growth strategy and liquidity. You should not
place undue reliance on these forward-looking statements because such
statements speak only as to the date when made. Molycorp assumes no
obligation to publicly update or revise these forward-looking statements for
any reason, or to update the reasons actual results could differ materially
from those anticipated in these forward-looking statements, even if new
information becomes available in the future, except as otherwise required
by applicable law.
This presentation does not constitute an offer or invitation for the sale or
purchase of securities or to engage in any other transaction with Molycorp
or its affiliates. The information in this presentation is not targeted at the
residents of any particular country or jurisdiction and is not intended for
distribution to, or use by, any person in any jurisdiction or country where
such distribution or use would be contrary to local law or regulation.
Vorkommen von
Seltenerd-Mineralien
‹Nr.›
3
Current mining of Rare Earth Elements (REE)
‹Nr.›
4
Current and future sources of REE supply
‹Nr.›
5
Growth is expected at 9% pa, but China is playing a dominant role
‹Nr.›
6
Growth is expected at 9% pa, but China is playing a dominant role
‹Nr.›
7
Seltenerd-Magnete
Anwendungsgebiete
‹Nr.›
8
RE PMs - growing number of apps from Clean tech HEV/EV and wind generators
‹Nr.›
9
The Power of Rare Earth Magnets in Motors
Computing &
Network
Technologies
High-Efficiency
Motors for
Energy-Efficient
Homes
Aerospace
Rare Earth magnets help make
technologies more effective and
more efficient.
Clean Energy
Automobiles
‹Nr.›
10
Companies Utilizing NdFeB Magnets in Motors & Components
Power Steering Motor
AC Compressor
Motor
Engine
Cooling Fan
Motor
Seat
Motor
Fuel Pump
Motor
‹Nr.›
11
Window Lift
Motor
Headlight
Adjustme
nt Motor
Bicycle
Dynamo
Companies Utilizing NdFeB Magnets in Motors & Components
Ceiling
Fan
Refrigeration
AC Motor
Vacuum
Cleaner
‹Nr.›
12
Companies Utilizing NdFeB Magnets in Motors & Components
Hard Disk
Drives
Optical
Disk
Drives
Servers
Office
Automation
‹Nr.›
13
The Power of Rare Earth Magnets in Motors
By replacing Ferrite magnets in motors
with:
Power
Consumption
By
10%
You can
REDUCE:
Lifecycle Costs
Weight and Size
Dependence on
Liquid Fossil Fuels
RE motor vs. Ferrite based
motor
CO2 and other
Emissions
‹Nr.›
14
Consumption
of natural
resources
Global Energy Savings Potential of RE Magnet Motors
*
Percentage of global power
consumption by
GLOBAL POWER
CONSUMPTION
Electric
All Other Motors
Consumption
45%
55%
The use of
can help to achieve energy
efficiency savings of up to
**
GLOBAL POWER
CONSUMPTION
* Source: 2011 International Energy Agency
‹Nr.›
15
analysis
** Source: Mitsubishi Corporation.
Seltenerd-Magnete
Kosten
‹Nr.›
16
NdPr-Oxid Preise 2011 und 2012
NdPr Oxid Preise 2011 und 2012
‹Nr.›
17
Example of the vulnerability of Dy supply
The Tb price exhibited a similar trend; going from the $500-750/kg level in 2004 to 2010,
up to 5,100/kg in July 2011 and is currently trend around $1100/kg today.
‹Nr.›
18
RE metals – average global distribution and availability
‹Nr.›
19
Design Innovation Allows Low-to-Zero Dy Magnets
Case Study: Traction motor in Honda electric vehicle
 Original motor design required sintered NdFeB magnets 8% Dy
 New motor now uses MQ3 rare earth magnets with 0% Dy
‹Nr.›
20
Innovations in Product Engineering
Innovations in Magnet Design
• Honda engineers designed a new oil cooling system around the motor.
• MQ3 magnets are of a hot‐pressed, fully dense design to maximize performance.
• MQ3 magnets provide an 8% Dy
advantage over original design.
• It’s lower operating temperatures allow for Dy‐free rare earth magnets.
• Excellent magnetic properties at tempe‐
ratures up to 180°C.
• Dy cost savings compensates for added expense of oil cooing system.
• Innovative magnet shape facilitates greater performance.
Zero Reliance on Dy
Yields $$$ Savings
More Examples of Design Innovation
High Efficiency
Refrigerator Fan Motor
Residential HVAC
Circulation Pump
Compressors for AC
Systems
Action: Replaced
Action: Replaced
Action: Replaced motor
motors using ferrite
magnets in refrigerator
fan motor with MQ1
magnets
induction motor in
circulation pumps with
motors using MQ1
magnets
using sintered Neo
magnets (7-8% Dy) with
MQ3 (2-3% Dy) magnets
RESULTS:
RESULTS:



‹Nr.›
21
RESULTS:

Helps pumps meet new
energy efficiency standards

Motor efficiency improved by
10%, resulting in 1~2%
improvement in whole
refrigerator system
Reduces energy
consumption

Better design by eliminating
protruded parts due to the
height of motors and fans
EU ordinance prohibits the
sale of technically outmoded, inefficient pump
models from 2013 onwards

Replacement is costeffective
Reduce the size of the
motor: height by 70% and
diameter by 27%

Performance maintained
while reducing component
costs with less Dy
Seltenerd-Magnete
Recycling
‹Nr.›
22
Warum so wenig recycelt wird
Technische Probleme
• Unbekannte Zusammensetzung und Recycling Mix
• Trennen von der Anwendung (Rotoren, Platten) – oft Klebungen
• Beschichtungen (Nickel, Tin, Aluminium, Epoxy, PA, PPS) verursachen nicht
akzeptable Eigenschaftsveränderungen
• Meist kleine Mengen in einer Anwendung
• Seltenerdmetalle sind extrem korrosiv und liegen früher oder später als
Oxide vor
Organisatorische Probleme
• Kein Sammelsystem
• Keine Verpflichtung zum Recycling
• Keine Recycling Industrie für Seltene Erdmetalle
Mangelnde wirtschaftliche Anreize
• Vergleichbar geringe Kosten zur Neugewinnung
‹Nr.›
23
Why Recycling ?
‹Nr.›
24
Manual Separation of NdFeB
‹Nr.›
25
Shreddered Hard Disc Drives
‹Nr.›
26
Function of Hydrongen – Solid to Powder
‹Nr.›
27
‹Nr.›
28
‹Nr.›
29
Processing Possibilities of Hydrogen Recycled Materials
‹Nr.›
30
Zusammenfassung
1
2
3
4
‹Nr.›
31
Die globale Versorgung durch Förderstätten außerhalb Chinas ist ansteigend
und wird bis zu 40% des weltweiten Bedarfes decken können. Eine
vollständige Versorgungskette außerhalb Chinas von der Mine bis zum
Magneten ist erstmalig durch Molycorp etabliert worden.
Durch technologische Verbesserungen der magnetischen Systeme werden in
der Zukunft weniger schwere Seltenerdmetalle gebraucht werden. Allerdings
sind diese nach wie vor nur aus China verfügbar.
Motoren und Generatoren verbrauchen 45% der erzeugten Energie.
Ein konsequenter Einsatz von Seltenerdmagneten reduziert den Verbrauch um
bis zu 20%, schont Ressourcen anderer Rohstoffe und reduziert die Umweltverschmutzung.
Die Wiederverwertung von Seltenerdmetallen wird de facto nicht praktiziert. Es
gibt weder Sammelsysteme noch Wiederaufarbeitungsanlagen. Technologische
Lösungen sind bekannt, jedoch derzeit noch nicht wirtschaftlich interessant.
Mountain Pass,
California
‹Nr.›
32
Mountain Pass Rare Earth Resource
Narrated Video Fly-Over Tour of Mountain Pass
‹Nr.›
33
Mountain Pass: 2013
Narrated Video Fly-Over Tour of Mountain Pass
‹Nr.›
34
Danke !
‹Nr.›
35