Updating EU critical raw materials supply risk in the context of energy transition: a transparent, reproducible protocol using import reliance and trade-policy scenarios

The accelerating deployment of low-carbon technologies is intensifying demand for energy-transition minerals while supply chains remain geographically concentrated and increasingly exposed to trade restrictions. In this context, criticality assessments are essential for linking a raw material’s economic relevance to the likelihood and consequences of supply disruptions. This thesis first reviews and benchmarks major governmental criticality frameworks (European Union, United States, United Kingdom, China, and Japan), highlighting how differences in indicator choice, transparency, and data accessibility can lead to inconsistent classifications and limited reproducibility across studies. Building on this review, the thesis addresses a key operational gap in the EU approach: although formulas for Supply Risk (SR) and Economic Importance (EI) are defined, the step-by-step protocol for data acquisition, coding decisions, and implementation of several SR components is not sufficiently specified, which may introduce hidden subjectivity and hinder comparability over time. The thesis therefore develops a transparent and reproducible methodology that disaggregates the EU framework into quantitative and qualitative elements and provides an auditable workflow for computing SR. The protocol prioritizes Import Reliance (IR) as the core quantitative dependence measure and formalizes the trade parameter (tc) as the core qualitative component capturing trade-policy fragility, including export taxes, quotas, prohibitions, and mitigating trade agreements. A structured data architecture is defined to correspondence trade and production classifications, with explicit rules for unit consistency and the treatment of missing or confidential production values. A dedicated replication step is included to reproduce the EU-2023 reference IR and SR as a validation gate before updating estimates for recent years.

L’accelerazione nell’implementazione delle tecnologie a basse emissioni di carbonio sta intensificando la domanda di minerali necessari alla transizione energetica, mentre le catene di approvvigionamento restano geograficamente concentrate ed esposte in misura crescente a restrizioni commerciali. In questo contesto, le valutazioni di criticità sono essenziali per collegare la rilevanza economica di una materia prima alla probabilità e alle conseguenze di eventuali interruzioni della fornitura. Questa tesi, in primo luogo, esamina e confronta i principali quadri di valutazione della criticità adottati dai governi (Unione Europea, Stati Uniti, Regno Unito, Cina e Giappone), evidenziando come differenze nella scelta degli indicatori, nella trasparenza e nell’accessibilità dei dati possano portare a classificazioni incoerenti e a una riproducibilità limitata tra gli studi. Sulla base di questa revisione, la tesi affronta un’importante lacuna operativa dell’approccio UE: sebbene le formule per il Rischio di Fornitura (Supply Risk, SR) e l’Importanza Economica (Economic Importance, EI) siano definite, il protocollo passo-passo per l’acquisizione dei dati, le decisioni di codifica e l’implementazione di diverse componenti dell’SR non è specificato in modo sufficiente. Ciò può introdurre soggettività implicita e ostacolare la comparabilità nel tempo. La tesi sviluppa quindi una metodologia trasparente e riproducibile che scompone il quadro UE in elementi quantitativi e qualitativi e fornisce un workflow verificabile per il calcolo dell’SR. Il protocollo privilegia la Dipendenza dalle Importazioni (Import Reliance, IR) come misura quantitativa centrale della dipendenza e formalizza il parametro commerciale (t_c) come componente qualitativa principale per catturare la fragilità legata alle politiche commerciali, includendo tasse all’esportazione, quote, divieti e accordi commerciali mitiganti. Viene definita un’architettura dati strutturata per collegare le classificazioni di commercio e produzione, con regole esplicite per la coerenza delle unità e per il trattamento dei valori di produzione mancanti o riservati. È inoltre incluso un passaggio di replica dedicato per riprodurre i valori di riferimento UE-2023 di IR e SR come fase di validazione, prima di aggiornare le stime agli anni più recenti. In modo cruciale, tutti i passaggi metodologici proposti nel capitolo di metodologia vengono poi applicati in uno studio di caso completo per testare il workflow nella pratica. Lo studio di caso si concentra sul manganese nel quadro UE, analizzando come l’SR vari al variare degli ambiti considerati e delle ipotesi di scenario, e riportando i risultati numerici e grafici ottenuti.