Tako teče nafta

Sod nafte, ki ima standardnih 42 ameriških galon ali 159 litrov, vsebuje 6,1 gigadžula energije. To je sicer zgolj računovodski sod nafte, povzet po sodčkih, ki jih je podjetje Johna Rockefellerja Standard Oil uporabljalo na svojih prvih naftnih poljih v Pensilvaniji v zadnji četrtini 19. stoletja. Pločevinasti sod, ki smo ga vajeni, drži okoli 200 litrov. A ostanimo pri računovodskem sodčku. Sodobno učinkovit motor, ki toplotno energijo izgorevanja nafte pretvori v mehanično delo, omenjenih dobrih 6 gigadžulov toplote spremeni v okoli 3 gigadžule dela. To je šeststokrat toliko, kot ga s porivanjem pedal opravi profesionalni kolesar na etapi Tour de France. Če za primerjavo vzamemo manj vrhunsko pripravljenega človeka, ima sodček nafte toliko energije kot delo človeškega delavca v desetih letih. Sodček nafte lahko z rafiniranjem in industrijsko petrokemijo spremenimo v dovolj bencina, da srednje velik avtomobil prevozi 1.200 kilometrov, dovolj dizla, da tovornjak prevozi 100 kilometrov, slab liter motornega olja, kurilno olje za proizvodnjo 70 kilovatnih ur elektrike, propan za 12 jeklenk, pet litrov katrana za asfalt in pa različne polimere za izdelavo 40 poliestrskih majic, okoli 200 plastičnih kuhinjskih posodic, ohišja 10 manjših gospodinjskih aparatov, 540 zobnih ščetk in 750 glavnikov. Hkrati pri tem povzročimo izpust nekaj manj kot pol tone ogljikovega dioksida. Človeštvo porabi približno 100 milijonov takšnih sodčkov nafte na dan.

Kot nakazuje prvi odstavek, so fosilna goriva energijsko osupljivo bogata, hkrati pa omogočajo še proizvodnjo nebroja materialov. Vsako razmišljanje o prehodu v materialno civilizacijo, ki teh goriv ne bo uporabljala ali bo njihovo uporabo vsaj zmanjšala na minimum, se zato mora začeti z zavedanjem, kako neverjetno obilen in poceni vir energije so. Še posebno nafta je izredno pripravna tudi za transport na večje razdalje. Glede na energijo in drugo uporabno vrednost, ki jo zagotavlja, je nafta skoraj zastonj. Tudi če porabo energije močno zmanjšamo, mora tako imenovani zeleni prehod še vedno zagotoviti izredno velike vire energije, največkrat v obliki električne energije. Viri za to elektriko naj bi bili po načrtih, za katerimi stoji velik del svetovne skupnosti, z Evropsko unijo na čelu, vsaj nizkoogljični, pretežno pa tudi obnovljivi, torej sonce in veter. Opustitev tekočih goriv, elektrifikacija transporta in spremenjeni načini proizvodnje elektrike bodo poleg tega zahtevali veliko bolj obsežno shranjevanje električne energije. V današnji oddaji bomo poskušali ugotoviti, kakšne materialne zahteve bo imela izgradnja potrebnih industrij solarne in vetrne energije ter električnega omrežja skupaj s hranilniki energije in električnimi vozili. Pri tem se večinoma opiramo na ocene porabe teh elementov v prihodnosti, ki kažejo najbolj verjetno hitrost zelenega prehoda. Že za izpolnjevanje pariškega podnebnega sporazuma bi se moral ta tempo pospešiti, popolna opustitev fosilnih goriv pa je še bistveno bolj zahtevna.

 

Civilizacija brez fosilnih goriv

Sodobne elektronske naprave, kot na primer pametni telefoni, vsebujejo elemente iz dobršnega dela periodne tabele. Osredotočili se bomo na tiste snovi, ki so najbolj pomembne pri izdelavi infrastrukture zelenega prehoda, torej sončnih panelov, vetrnic, potrebnega omrežja in baterij, nujnih  za globoko elektrifikacijo.

Investicije v zeleni prehod bodo potrebovale povečanje proizvodnje surovin, ki jih že sedaj uporabljamo v velikem obsegu. Vetrne elektrarne na morju porabijo okoli 100 ton jekla za vsak megavat inštalirane moči. Za vetrnice na kopnem, ki pa bodo v prihodnosti manj pogoste od tistih na morju, je številka za vsaj polovico manjša. Če pogledamo cilje evropske komisije – gradnjo 180 tisoč megavatov vetrne moči do leta 2030, lahko na grobo ocenimo, da bo za to potrebnih od 15 do 20 milijonov ton jekla. To je vsekakor znatna količina, a sama po sebi ne pomeni preobrazbe jeklarske industrije. Drugače je z bakrom, pri tem bo zeleni prehod glavni razlog za morda celo dvakratno povečanje proizvodnje v naslednjih desetih letih.

Poleg običajnih surovin pa novi viri energije in baterije zahtevajo tudi bolj eksotične elemente, ki nimajo druge obsežne uporabe, zato se industrije vzpostavljajo na novo in proizvodnja se bo glede na današnji čas zelo povečala, tudi za nekajkrat. Taki elementi so litij, nikelj in kobalt. Podobno velja za surovine, ki se uporabljajo v relativno majhnih količinah, predvsem v baterijah in magnetih, a je njihovo pridobivanje zelo zahtevno. Sem spadajo predvsem tako imenovane redke zemlje. Na koncu naj omenimo še druge proizvode kemijske industrije, kot so na primer umetne mase in vlakna. Ta so pogosto proizvod petrokemijske industrije, na primer epoksi in ogljikova vlakna v lopaticah vetrnic. Vsaj ta uporaba nafte je tudi v nizkoogljični prihodnosti neizogibna.

Industrija, ki bo omogočila zeleni prehod, bo potrebovala tudi velike količine drugih naravnih virov, recimo vode, prostora, kemikalij in pa energije. Pridobivanje kvarca, iz katerega so izdelane sončne celice, je enostavno in silicij je eden najbolj pogostih elementov v zemljini skorji. Da pa bi izdelali dovolj čist silicijev kristal za sončne celice, je treba kvarc pod zelo kontroliranimi pogoji segreti na več kot 2.200 stopinj Celzija, kot gorivo za peči pa se danes uporablja koks. Procesiranje večine rudnin zahteva zelo velike količine vode.

Industrijske proizvodnje zelenega prehoda ne določa zgolj tehnologija, ampak tudi in predvsem ekonomske in geopolitične okoliščine. Nekatere surovine se nahajajo v zelo oddaljenih ali pa ekonomsko opustošenih krajih, kjer je rudarjenje logistično zahtevno. Rudnikov v takih krajih je toliko več, ker v razvitih državah njihovo delovanje zelo pogosto preprečuje uspešno nasprotovanje lokalnega prebivalstva. Naslednji korak, procesiranje rudnin, je bolj neodvisen od geografije, a zato bolj podvržen političnim interesom. Enako velja za proizvodnjo končnih izdelkov. Zeleni prehod se tako dogaja v izredno kompleksnem globaliziranem kapitalističnem gospodarskem sistemu, v katerem tehnologija še zdaleč ni tisto, kar determinira smer razvoja. Povsem mogoče je, da bodo v zelenem prehodu izbrane poti, ki niso najbolj tehnološko smotrne, temveč so politično ali ekonomsko bolj zaželene. Tako so na primer predmet intenzivnih raziskav magneti, ki ne bi vsebovali elementov iz skupine tako imenovanih redkih zemelj, katerih rudarjenje in predvsem procesiranje obvladuje Kitajska. Ti magneti so ključni sestavni element tako vetrnic kot tudi elektromotorjev.

 

Baker

Omenili smo že, da je eden ključnih elementov baker. Baker ima najmanjšo električno upornost od vseh nežlahtnih kovin, zato se uporablja v skoraj vseh električnih napravah za žice in v tuljavah. Vetrnice potrebujejo dvakrat več bakra glede na proizvedeno moč, elektrosistem, temelječ na obnovljivih virih energije kot celota, pa bo zaradi potreb po močnejšem omrežju tako vodov kot transformatorskih postaj  po predvidevanjih potreboval od osem- do dvanajstkrat več bakra kot obstoječa omrežja. Električna vozila pa potrebujejo od tri- do štirikrat več bakra kot tradicionalni avtomobili. 

Baker je ena večjih zavor hitrosti zelenega prehoda v naslednjem desetletju. Letna proizvodnja bakra je trenutno 22 milijonov ton, po trenutnih napovedih se bo povečala na okoli 30 milijonov ton. To pa verjetno ni dovolj, da bi omogočila trenutno načrtovano hitrost zelenega prehoda. Kakšna bo potreba po bakru ob koncu desetletja, je težko napovedati, v strokovnih mnenjih pa se največkrat omenja primanjkljaj okoli 5 milijonov ton na leto. To so številke, ki so rezultat ekonomskih trendov, ne pa imperativa podnebnih sprememb. Če bo povpraševanje po bakru preseglo zmogljivosti rudnikov, se bo njegova cena povišala, s tem pa se bodo nekateri projekti podražili in zato ne bodo izvedeni oziroma ne bodo izvedeni tisti, ki bi sicer sledili. 

Največji proizvajalec bakra je Čile, sledi mu Peru. Na tretjem mestu je Kitajska, nato pa Demokratična republika Kongo in Združene države Amerike. Bojazni, da bi bakra kar zmanjkalo, ni, kar pa ne pomeni, da proizvodnja bakra ne predstavlja strukturne omejitve pri zelenem prehodu. Ovira pri povečanju proizvodnje je čas, potreben za odprtje novih rudnikov. Ta je več kot deset let, kar pomeni, da so viri, ki bodo zagotavljali baker v nekoliko oddaljeni prihodnosti, bolj kot ne znani. 

Poleg tega lahko pričakujemo, da bo nova proizvodnja dražja. Rudarska industrija se namreč premika iz dostopnejših in bogatejših nahajališč v bolj oddaljena in skromnejša. Rudniki, ki bodo odprti v prihodnosti, bodo zahtevali večje investicije in več mehanizacije za enako količino pridobljenega bakra. 

Kadar ruda vsebuje manjšo koncentracijo bakra, to pomeni, da jo je treba izkopati več. Praviloma je v skromnejši rudi baker tudi bolj razpršen. Delci, praviloma bakrovi sulfidi, v katerih je mineraliziran baker, so drobnejši, zato je treba rudnino intenzivneje obdelati. Rudo se po izkopu zdrobi v čedalje manjše drobce, dokler ne nastane prah, v katerem so prašni delci veliki toliko, kot so veliki kristali bakrovih mineralov. Pravimo, da je v tako zdrobljeni rudi kovina osvobojena. Takšno rudo se nato zmeša z vodo in nekaterimi kemikalijami, ki omogočijo separacijo bakrovih mineralov od jalove rudnine. Celoten postopek se mora odviti na lokaciji samega rudnika, saj je šele koncentrat bakrovih mineralov, ki danes tipično predstavlja zgolj 2 odstotka izkopane rude, smotrno odpeljati v talilnico. Koncentrat bakrovih mineralov nato v talilnici pretopijo v ingote čistega bakra, žlindro pa zavržejo. 

Drobljenje rude v prah zahteva veliko energije, zato imajo rudniki svojo elektrarno, tipično na zemeljski plin. Velik rudnik bakra potrebuje za obratovanje od 200 do 300 megavatov  električne moči, kar je približno toliko kot mesto velikosti Ljubljane. Če je ruda bolj revna, se tudi poraba energije za njen izkop in predelavo močno povečuje. To bo neizogibno v prihodnosti, ko bodo rudarska podjetja izkoriščala čedalje manj ugodna najdišča bakra. 

V predindustrijski dobi je imela ruda tipičnega rudnika v sebi okoli 10 odstotkov bakra, v začetku 20. stoletja pa 4 odstotke. Povprečje v trenutno aktivnih rudnikih je nekaj več kot pol odstotka, v rudnikih, ki se odpirajo danes, pa manj kot 0,4 odstotka. Za enako količino pridobljene kovine je v teh rudnikih treba izkopati in obdelati stokrat več rude kot v začetku prejšnjega stoletja.

 

Aluminij

Ogromno energije, še več kot za proizvodnjo bakra, je potrebne za pridobivanje aluminija, ki je prav tako kovina, katere poraba se povečuje zaradi zelenih tehnologij. Čeprav je pridobivanje rude lažje, je aluminij zelo težko ločiti od mineralov, v katerih se nahaja v rudi. Najučinkovitejši način je z elektrolizo, pri kateri se porabijo zelo velike količine električne energije. Za pridobitev kilograma aluminija je potrebnih povprečno 15 kilovatnih ur električne energije, kar je toliko, kot porabi enodružinska hiša v treh dneh. Poleg tega to povzroči izpust približno 15 kilogramov ogljikovega dioksida. Na svetu se za pridobivanje aluminija z elektrolizo porabi nekaj več kot 800 gigavatnih ur električne energije, kar je enainpolkrat več, kot znaša poraba Nemčije. Proizvodnja aluminija v Evropi je bila prav zaradi tega že več desetletij v zatonu, v energijski krizi v zadnjih dveh letih pa je skoraj povsem zamrla. Daleč največja proizvajalka aluminija v Evropi je tako Islandija, ki je ločena od evropskega električnega omrežja in ima obilico geotermalne energije. Edina slovenska talilnica aluminija je Talum v Kidričevem, ki je še nedavno porabil 10 odstotkov elektrike v Sloveniji, danes pa je ta odstotek precej manjši, saj so se preusmerili v zgolj še recikliranje odpadnega aluminija. 

Zeleni prehod povečuje porabo aluminija na različnih področjih. Električna vozila so zaradi baterij precej težka, zato poskušajo proizvajalci zmanjšati težo na drugih komponentah vozila. Jeklo v konstrukciji avtomobilov vse bolj zamenjuje aluminij, tako da je v sodobnem električnem vozilu pogosto več kot 300 kilogramov aluminija. Aluminijasti so nosilci solarnih panelov in številne elektrotehnične naprave.

Dobra lastnost aluminija je to, da ga je mogoče neomejeno reciklirati in ga ni težko ločiti od drugih materialov. Tako kot celotna civilizacija postopno akumuliramo vse več aluminija, ki ga uporabljamo vedno znova in znova. Več kot tri četrtine aluminija, ki je bil kadarkoli pridobljen, so še vedno v uporabi. Proizvodnja novega aluminija iz boksita bo zato lahko v prihodnosti, ko bo zeleni prehod zaključen, vsaj teoretično začela padati, a srednjeročno se bo morala  proizvodnja aluminija iz rude precej povečati.

 

Kobalt

Kobalt je eden izmed elementov, ki so postali ključni ob koncu devetdesetih let. Njegova uporaba raste, saj se uporablja v magnetih vetrnih turbin, litij-ionskih baterijah in hibridnih baterijah električnih vozil. V litij-ionskih baterijah se uporablja za stabilizacijo elektrokemijskih procesov in tako preprečuje nevarnost vžiga, ki je sicer velik problem pri tovrstnih baterijah. V baterijskem paketu tipičnega električnega avtomobila je dobrih trideset kilogramov kobalta oziroma ta predstavlja sedem procentov baterijske teže.

Na jugu Demokratične republike Kongo najdemo polovico svetovnih zalog kobalta. Ta afriška država izkoplje skoraj sedemdeset odstotkov kobalta na svetovni ravni. Hkrati je kobalt predvsem stranski produkt izkopavanja bakra. Zelo pogosti pa so manjši kopi, neodvisni od podjetij, ki sicer predstavljajo zgolj 15 odstotkov izkopanega kobalta v državi, vendar to presega recimo letni izkop Rusije. V manjših rudnikih naj bi delalo 140–200 tisoč ljudi, pogoji dela in regulacija izkopa pa so predvsem v teh tipih rudnikov slabi. A ti majhni, praktično neregulirani rudniki so ključni za uravnavanje ponudbe z gibanji potreb. V velikih rudnikih namreč večino prihodka predstavlja baker, zato ne prilagajajo proizvodnje kobalta. Le manjši rudniki prilagajajo izkop skladno s potrebami trga. Vlada v Kongu v zadnjem času poskuša ustvariti domačo predelovalno industrijo za pridobivanje kobaltovega hidroksida, v obdobju od leta 2010 do leta 2014 je država zato uvedla 25-odstotni davek na izvoz nepredelanega kobalta.

Zanašanje na oskrbo s kobaltom iz Demokratične republike Kongo spremlja več zadržkov. Poleg politične nestabilnosti v državi so tu še zunanji pritiski, zaradi katerih nekatera podjetja že navajajo dobavne vire kobalta na proizvodih in opuščajo nakup rude v Kongu: slabi delovni pogoji in otroško delo, izpostavljenost delavcev prašnim delcem, fluoridu in arzenu. Pogosta so še kršenja zakonodaje; izkopi, globlji od tridesetih metrov, in nelegalni kopi. 

Na svetovno dobavno verigo sicer močno vpliva Kitajska, ki je glavna uvoznica kobalta. Tako uvožene surovine kot pridobljene v domačih rudnikih se je osemdeset procentov porabi v industriji baterij za električna vozila. Kitajska družba CMOC denimo obvladuje enega izmed večjih rudnikov kobalta na svetu, Tenke-Fungurume v Demokratični republiki Kongo, v katerem se kobalt koplje kot stranski produkt bakra. Hkrati je tudi pomembna predelovalka kobalta, predela približno sedemdeset procentov svetovnih zalog. Z metalurškimi procesi se kobaltov hidroksid predela v kobaltov nitrat in kobaltov sulfat. Druga največja predelovalka je Finska, vendar so predelane količine neznatne napram Kitajski; zgolj 14 tisoč ton v primerjavi s kitajskimi 104 tisoč tonami leta 2021.

Evropska unija zelo očitno stremi k omejitvi moči dobavne verige Kitajske in Demokratične republike Kongo, vendar bi z lastnim rudarjenjem lahko zagotovila zgolj 3,1 procenta domačih potreb do leta 2035. Potencialna mesta izkopov so v Grčiji, Albaniji, na Švedskem ter na Finskem. Vzpostavitev rudarske in tudi predelovalne industrije nadalje ovira pridobitev dovoljenj za izkopavanja, nekatera območja pa so tudi naravovarstveno zaščitena. Tako sta za Evropo dolgoročno pomembni izvoznici Avstralija in Kanada, ki sta poleg Indonezije in Rusije med prvimi petimi proizvajalkami kobalta. 

 

Litij

Na račun večanja produkcije električnih vozil, v katerih prednjačijo litij-ionske baterije, narašča tudi potreba po litiju. Svetovne potrebe po najlažji kovini periodnega sistema so se v izteku prejšnjega desetletja potrojile. Skupaj s kobaltom se uporablja v katodah polnilnih baterij, Kitajska denimo več kot devetdeset procentov litija porabi za njihovo izdelavo. V manjši meri se uporablja še pri izdelavi sončnih celic in vetrnic. V preteklem letu se je porabilo 700 tisoč ton litijevega karbonata, že predelane oblike, do konca desetletja pa naj bi potrebe dosegle dobre tri milijone ton letno. 

Svetovne zaloge litija so bolj razpršene kot denimo zaloge kobalta, hkrati pa se nahaja v različnih oblikah, tako v mineralih kot v soleh. Oblika mineralne surovine je posledica različnih geoloških preteklosti nahajališč; nekatere države zaradi geološke pestrosti razpolagajo tako z nahajališči rud, bogatih z litijem, kot z nahajališči soli. Nadalje pa tip mineralne surovine pogojuje način in zahtevnost pridobivanja litija, tehnološko lažje in ceneje je pridobivati litij iz soli. Bogata nahajališča litija najdemo predvsem v južnoameriških državah, Avstraliji in na Kitajskem. Nekaj geoloških zalog se nahaja še v Kanadi, Združenih državah Amerike, Zimbabveju in Finski. Še danes pa se odkrivajo do sedaj neznane zaloge, veliko teh recimo v Boliviji in nam bližje v Srbiji.

Avstralija s svojimi zalogami litija pokrije več kot polovico svetovne dobave. Tam obratuje tudi največji rudnik –  Greenbushes Lithium mine v solastništvu kitajskega podjetja Tianqi Lithium. Tudi sicer Avstralija večino surovine izvaža na Kitajsko. Litij v avstralskih rudnikih pridobivajo predvsem iz rude spodumena, v manjši meri še petalita, leidolita v odprtih kopih. Za tono surovega litija je potrebnih 250 ton rude.

Tekom procesiranja litija se uporablja veliko število različnih kemikalij, glede na čistost in tip izhodnega minerala pa so ti postopki lahko zelo zahtevni in jih je treba večkrat ponoviti. Procesiranje litija je tako tvegano za okolje in tudi zdravje ljudi. Eden izmed postopkov obdelave rude spodumena se prične s segrevanjem te na visokih temperaturah, višjih od 100 stopinj Celzija. Tako obdelano rudo nadalje ohladijo in tretirajo z žveplovo kislino, s čimer ekstrahirajo litij v obliki litijevega sulfat. Z nadaljnjimi spiranji z vodo in kislinami se litijev sulfat predela v tehniško zanimiv litijev karbonát, lítijev hidroksid ali litijev klorid. Na Kitajskem, ki je tudi glavna predelovalka litija, na svetovni ravni ga predela kar osemdeset odstotkov, se litij razen iz rude pridobiva še iz slanic z direktno metodo ekstrakcije. Za njegovo spiranje pa se uporablja klorovodikova kislina, saj je tako v njihovi domači rudi kot v rudi, uvoženi iz Avstralije, delež nečistoč visok. Nekateri postopki pridelave litija zahtevajo tudi uporabo dizelskega goriva.

Poleg Avstralije je pomemben proizvajalec litija še Čile, v tej državi so lani pridelali 39 tisoč ton litija. Zaloge tega elementa so sicer bogate na območju litijskega trikotnika, na čilski tromeji z Bolivijo in Argentino. Na teh puščavskih območjih najdemo nahajališča litija v obliki soli, ki so v primerjavi z rudami čistejše oblike in manj zahtevne za predelavo. Denimo solnice v puščavi Atakama vsebujejo nekje četrtino soli natrija in kalija, tri četrtine vode in zgolj 0,15-odstotni delež litija. Kljub visokemu deležu vode so zakonodajno obravnavane kot mineralni in ne vodni viri. 

V Južni Ameriki se večina litija ne pridobiva s klasičnim rudarjenjem, ampak govorimo o nekakšnih litijevih bazenih. Tu se za tono litija uporabi izhodiščnih 750 ton soli. Te soli se nahajajo direktno na površju ali v tekočih slanicah tik pod površjem. Ali soli ali slanico se prestavi v bazene z dodatno vodo, ki v roku leta ali dveh izpari, percipitirano sol pa nadalje kemično in fizično obdelajo, s čimer pridobijo litijev karbonat ali litijev hidroksid. Direkten tehnološki vložek je tu manjši, predvsem gre za cenejši način pridobivanja kot pri obdelavi rud, vendar ta način pridobivanja porablja velike količine vode. V povprečju se porabi 2,2 milijona litrov vode za tono litija, denimo v bolivijskem rudniku San Cristóbal Mine pa porabijo kar petdeset tisoč litrov vode na dan. 

Izgubljanje vodnih virov na že sušnih območjih ni zgolj okoljski problem, na katerega opozarja lokalno prebivalstvo. Že omenjena zakonodajna opredelitev solnih virov kot mineralnih in ne vodnih pomeni, da je regulacija pridobivanja litija ohlapnejša in gre na roke lastnikom privatnih rudnikov in ne etničnim manjšinam, ki tam živijo in so se v nekaterih primerih primorane tudi odseliti. Težava pomanjkanja vode – ne zgolj pitne – vpliva tudi na kmetijstvo, saj je primanjkuje za namakanje kmetijskih površin. Trenutne ocene vpliva na okolje so slabe, saj podatkov o preteklem stanju okolja ni, razpolagamo zgolj z ocenami o vplivu posameznih projektov oziroma rudnikov. Rudarjenje v čilskem atakamskem rudniku naj bi povzročilo, da je območje že izgubilo 65 odstotkov tamkajšnjih vodnih zalog. 

Čile sicer izvaja državni nadzor izkopa, vendar večino litijevega karbonata tako kot Avstralija izvaža na Kitajsko, njihov proizvajalec avtomobilov BYD pa v Čilu trenutno gradi tovarno litijevih katod. Manjše države proizvajalke litija, denimo Zimbabve in Namibija, poskušajo na domačih tleh razviti predelovalno industrijo in proizvodnjo baterij in so v preteklosti že omejile izvoz. Tudi Argentina septembra odpira majhno tovarno litij-ionskih baterij.

Nekaj večjih evropskih rudnikov litija se nahaja na Portugalskem, v Nemčiji, Franciji in na Češkem, vendar ti rudniki celokupno prispevajo slab procent litija na trg. Manjše rudnike in litijeve zaloge najdemo še na Finskem. V pričetku novega tisočletja je bilo nekaj zalog litija v obliki minerala jadarita najdenih na zahodu Srbije. V tamkajšnje rudarstvo je investiralo britansko-avstralsko podjetje Rio Tinto, ki se še vedno srečuje z odporom lokalnega prebivalstva. To nasprotuje izkopu predvsem zaradi posledic degradacije okolja in vpliva na tamkajšnje kmetijstvo. Za zdaj se izkop tamkajšnjega litija in borona, slednji se uporablja v steklenih vlaknih, še ni pričel.

Litij je trenutno težko zamenljiv. Za zdaj se kot najbolj obetavne kažejo natrij-ionske baterije, na razvojni ravni pa se raziskuje še potencial silicijevih in manganovih baterij. Pri slednjih je tudi uporaba kobalta nizka.

 

Nikelj

Premik po periodni tabeli energetskega prehoda nas pripelje k niklju. Največ niklja, več kot dve tretjini, se uporabi za izdelavo jekla, nato še za druge nerjaveče zlitine; zgolj približno trije procenti niklja pa se uporabijo za litij-ionske baterije. Za vse naštete uporabe se z energetskim prehodom potrebe po niklju večajo, očiten je predvsem porast njegove uporabe pri baterijah. V litijevih baterijah se nikelj uporablja v kombinaciji z manganom in kobaltom, do leta 2023 pa naj bi bila kar polovica baterij na trgu tega tipa. Te baterije so predvsem učinkovitejše, prav tako se kobalt v baterijah nadomešča z nikljem – prvi je dražji, in kot smo že slišali, ima njegovo pridobivanje v glavni državi izvoznici Demokratični republiki Kongo svoje težave. 

Daleč največja proizvajalka niklja je Indonezija, sledijo ji Rusija in Filipini. Skupaj predstavljajo dve tretjini trga, Indonezija je zgolj v preteklem letu pridelala 1,8 milijona ton niklja. V obsegu od 80 tisoč do 190 tisoč ton letno nikelj proizvajajo še Nova Kaledonija, Avstralija, Kanada, Kitajska in Brazilija. Največ neizkoriščenih zalog se nahaja v Indoneziji, Avstraliji in Braziliji. V primerjavi z drugimi ključnimi kovinami so te zaloge nizke, vendar je nikelj preprosto reciklirati.

Največja uvoznica niklja je Kitajska, ki nikelj uvaža iz Indonezije, v svetovnem merilu pa uvozi kar štirideset procentov niklja. Je tudi glavna predelovalka niklja. Dve pomembnejši uvoznici sta še Nizozemska in Kanada. 

 

Redke zemlje

Večjo skupino precej eksotičnih elementov, ki se vse bolj uporabljajo v številnih visokotehnoloških izdelkih, imenujemo redke zemlje. Gre za 17 kovin s precej podobnimi kemijskimi lastnostmi, najdemo jih v sredini periodne tabele. Komercialno najpomembnejši so samarij, neodim, disprozij, cerij in lantan.

Redke zemlje dejansko niso tako zelo redke. Najpogostejši je cerij, ki je 25. najpogostejši element v zemljini skorji in ga je več kot bakra. A vse te elemente združuje dejstvo, da se ne nahajajo v koncentriranih najdiščih, ampak so zelo razpršeni. Tako je treba izkopati in predelati zelo velike količine rude. Prav tako jih je precej težko izločiti iz rude in praviloma se pojavljajo v mineralih skupaj z drugimi težjimi kovinami. Največkrat se v enem rudniku pridobiva več elementov redkih zemelj skupaj, lahko tudi več ducat.

Redke zemlje do druge polovice 20. stoletja niso imele komercialne uporabne vrednosti. Tudi danes je industrija vseh kovin, ki jih uvrščamo med redke zemlje, vredna okoli dve in pol milijarde evrov. Trg bakra je na primer približno stokrat večji. V naslednjem desetletju in pol se bo ta industrija pridobivanja redkih zemelj povečala za od tri- do sedemkrat, kar še vedno ni veliko. 

Najpogostejša uporaba redkih zemelj je za izdelavo trajnih magnetov. Ti so ključni za pretvorbo električne energije v mehansko in obratno. Tako so nujna komponenta generatorjev elektrike, kakršni so v vetrnicah, potrebni pa so tudi v elektromotorjih. Mogoče je izdelati magnete brez redkih zemelj, a je brez njih težje in dražje doseči podobne tehnične lastnosti. 

Ločevanje redkih zemelj od rude in eno od druge je, kot rečeno, zelo zahtevno. Treba je obdelati velike količine rude – za relativno majhno količino kovin. Proces vključuje praženje rude v žveplovi in fluorovodikovi kislini na temperaturi okoli 500 stopinj Celzija, proces izpiranja rude pa se velikokrat ponovi. Kilogram kovin za seboj pusti do dve toni jalovine, ki je precej strupena in jo je treba nadalje obdelati, preden se jo deponira. Poleg tega se redke zemlje pogosto pojavljajo v rudninah, ki vsebujejo radioaktivne elemente, predvsem torij, ločevanje katerega zahteva dodatne procese. 

Najdišča redkih zemelj, na katerih je  rudarjenje komercialno vzdržno, so zelo redka. Nekaj jih je tudi v Evropi, a trenutno več kot 60 odstotkov redkih zemelj izkopljejo na Kitajskem. A še veliko večji je delež Kitajske pri procesiranju rude in proizvodnji kovin, ki se lahko uporabljajo v nadaljnjih produktih. Kar 97 odstotkov redkih zemelj je procesiranih na Kitajskem. Kitajska je načrtno razvijala njihovo proizvodnjo in ima danes tudi veliko tehnološko prednost v njihovi proizvodnji. 

 

Ponovna uporaba

Dotaknimo se še recikliranja kovin, uporabljenih v energetskem prehodu. Sicer se najprej stremi k manjši uporabi ali nadomeščanju materialov, pred recikliranjem pa je vredno premisliti še o možnosti ponovne uporabe –  predvsem pri baterijah in lopaticah vetrnic. 

Po številu predelovalnih obratov so na prvem mestu države jugovzhodne Azije, a Evropa ne zaostaja – ta je po številu predelovalnih obratov druga. To ni presenetljivo, saj v recikliranju vidi možnost lastne dobave surovin, od leta 2012 pa je v Evropski uniji implementirana še direktiva Waste from Electrical and Electronic Equipment, ki zapoveduje obdelavo, predelavo in recikliranje električne in elektronske opreme. Odlaganje odsluženih električnih naprav je v Uniji prepovedano; recimo skladiščenje sončnih celic bi zavzelo tako veliko prostora, hkrati pa je lahko vir sproščanja težkih kovin v okolje. Zaradi stroge zakonodaje ni presenetljivo, da so evropske države izvoznice električnih odpadkov v države v razvoju; tudi ilegano. Največja izvoznica odpadkov je še vedno Združeno kraljestvo. 

Baterije v električnih vozilih postanejo neuporabne, ko jih ni več možno napolniti na več kot osemdeset procentov. Količina odpadnih litij-ionskih baterij naj bi bila že leta 2025 vsaj 600 tisoč ton. Poleg direktnega recikliranja se trenutno iščejo tudi možnosti ponovne uporabe v priključnih električnih vozilih in sistemih za omrežno shranjevanje energije. V razvoj metod recikliranja, vsaj glede na število objavljenih člankov in število patentov, vlaga predvsem Kitajska, sledita ji Japonska in Francija. Evropske države predvidevajo, da bodo z recikliranjem litij-ionskih baterij do leta 2030 zadostile desetim odstotkom lastnih potreb po kobaltu.

Pri litij-ionskih baterijah so sicer reciklažno najzanimivejše kovine – po vrsti – litij, kobalt, nikelj, mangan in železo. Pri reciklaži katod in anod se te najprej zdrobijo in nadalje obdelajo pri visoki temperaturi, pri čemer se pridobi zlitina. To nadalje ločijo do osnovnih kovin, pri čemer uporabljajo različne kisline. Grafit in silicij je iz baterij težje pridobivati. Ena izmed ocen za ponovno pridobitev materialov v baterijah je, da bi bilo možno iz 500 tisoč ton odpadnih baterij pridobiti 75 tisoč ton litija, 60 tisoč ton kobalta, 45 tisoč ton bakra, 90 tisoč ton železa, 15 tisoč ton aluminija in 25 tisoč ton fosforja.

Veliko vetrnic, ki so bile postavljene v začetku novega tisočletja, bo do izteka desetletja dotrajanih. Recikliranje jeklenih stebrov in generatorjev je nezahtevno, sestavni del vetrnic, ki predstavlja izziv, pa so lopatice. Ena izmed ocen je, da bo do leta 2050 na svetu približno 43 milijonov ton odpadnih lopatic. Odslužene lopatice je nezaželeno zgolj odlagati na odlagališčih, eden izmed predlogov ponovne uporabe je denimo za igrala na otroških igriščih. Žal bi povečanje števila otrok, ki bi bilo potrebno za igranje na 43 milijonih ton lopatic, povzročilo svojo okoljsko katastrofo. Realni možnosti, kam in predvsem kaj z njimi, sta dve, sežig in reciklaža. Prvi je sicer pogostejši, vendar se tekom sežiga sproščajo škodljivi plini, zato je veliko napora usmerjenega v reciklažo.

Kakšne so možnosti predelave lopatic? Materiali, uporabljeni v propelerjih vetrnih turbin, so predvsem steklena vlakna, obogatena s polimernimi materiali, uporabljajo pa se zaradi lahkosti in ustreznih mehanskih lastnosti. Ravno zaradi kompozitne narave materialov je njihova predelava zahtevna. Z mehanskimi postopki drobljenja in mletja se lahko pridobi drobir, bogat s steklenimi ali umetnimi vlakni. Možnosti uporabe takšnega materiala so zato omejene na gradbeništvo – za polnilo v cementu – ali pa se uporablja za druge kompozitne materiale. Kljub nizki ceni takšnega procesa je tak predelan material tržno nezanimiv.

Za pridobivanje vlaken, ki omogočajo nadaljnjo uporabo, se uporabljajo termični in kemični procesi. Eden izmed pogosteje uporabljenih je piroliza, s katero na visokih temperaturah razgradijo drobir. Tako pridobljena vlakna imajo nizko kvaliteto, za ponovno uporabo pa jih je treba spet obogatiti. Tekom procesa sicer nastajajo stranski produkti, ki bi lahko nadomestili nekatere polimerne materiale, pridobljene iz nafte. Tu je še vprašanje onesnažil, ki se sproščajo med procesi, saj so ti kemično intenzivni. S podobnimi omejitvami se srečujemo tudi pri procesih predelave fluidizacije in solvolize.  

Glavna težava reciklaže materialov propelerjev je, da imajo predelani materiali nizko tržno vrednost in omejene možnosti uporabe, v nekaterih primerih pa že sam proces predelave ni ekonomsko upravičen. Kar nekaj podjetij je v preteklosti opustilo poizkuse reciklaže zaradi nestalne dobave lopatic in dragega procesa, recikliranje pa zahteva tudi stalne vložke v razvoj procesov in tehnologije. Sicer zaradi smernic Evropske unije in napovedi, da bo odpadnih propelerjev veliko, kljub neuspelim poskusom v preteklosti, obstaja na trgu določena mera zanimanja za reciklažo. Tako podjetja kot raziskovalne ustanove pa se v zadnjem času osredotočajo še na razvoj materialov, ki jih je mogoče reciklirati.

Mednarodna agencija za obnovljivo energijo ocenjuje, da bo do leta 2050 78 milijonov ton odpadnih sončnih panelov. Večina sončnih celic v uporabi ima med plastjo stekla in plastjo polimernih filmov nameščen silicijski polprevodnik, obdan s srebrom, svincem, kositrom, okvir pa je iz aluminija. 

Na splošno se lahko iz sončnih celic ponovno pridobi več kot devetdeset odstotkov materialov, ločitev aluminijevih nosilcev in stekla je dokaj nezahtevna. Zahtevnejše je recikliranje kovin in polprevodniških materialov. Primer ponovnega pridobivanja materialov iz sončnih celic je evropski projekt Full Recovery End of Life Photovoltaic. Obdelajo lahko 3.500 ton sončnih celic letno, kar je v primerjavi s količino odpadnih sončnih panelov v Evropi izredno malo; ta količina naj bi do konca desetletja narasla na dobrih 500 kiloton letno, po letu 2030 pa presegla 1.700 kiloton letno.  

S predelavo sončnih celic se pridobiva predvsem silicij, pri čemer se drobir polprevodnika segreva, obdela s kislinami in filtrira. Vendar je denimo kakovost silicija manjša, neprimeren je za ponovno uporabo v sončnih celicah, uporaben pa je v zlitinah aluminija in jekla. Druge kovine, srebro, kositer in svinec, pridobivajo z elektrolizo. 

 

Materialno je politično

Kot smo v oddaji že večkrat opozorili, se bo opuščanje fosilnih goriv dogajalo na polju, na katerem se neprestano prepletajo tehnologija, znanost, ekonomija in politika. Surovine, ki bodo potrebne za izgradnjo nove infrastrukture brez ogljičnega energetskega sistema, so le eno od vozlišč na tem polju. Sistemi, ki človeštvo oskrbujejo z energijo, so izredno kompleksni, zeleni prehod pa sedaj prinaša spremembe v obstoječe ravnotežje silnic. 

Številne izmed surovin, o katerih smo govorili v oddaji, so  skoncentrirane v peščici krajev na svetu. Najbolj izrazito to velja za kobalt, ki, kot smo videli, večinoma prihaja iz Demokratične republike Kongo. Prav tako je od le nekaj držav odvisna proizvodnja litija in niklja, proizvodnja slednjega še posebej od Indonezije. Trg litija si, kot smo videli, lastijo Avstralija, Čile in Kitajska. Ker bo trg za te kovine v prihodnjih letih še naprej rasel, so te države postavljene pred izziv, kako naj izkoristijo to priložnost za svoj razvoj. To vprašanje pa poleg tega postaja vse bolj vpeto v naraščajoče rivalstvo med Kitajsko in ZDA.  

Države, v katerih ležijo največja najdišča mineralov, o katerih govorimo v današnji oddaji, poskušajo pridobiti večji delež industrijskega procesa in tako prevzeti večji delež dodane vrednosti. Vlade zato uvajajo ukrepe, da bi spodbudile razvoj procesiranja in nadaljnje industrijske predelave elementov. 

Relativno uspešno je te politike implementirala Indonezija. Pred slabim desetletjem je indonezijska vlada omejila izvoz surove nikljeve rude. V naslednjih letih so tuja podjetja investirala več kot 24 milijard evrov v procesiranje niklja. Vlada je takšno politiko postopno razširila na druge surovine. Tako je prepovedala izvoz boksita, ki je najpogostejša ruda za pridobivanje aluminija, v prihodnjem letu pa bo prepovedan tudi izvoz koncentrirane bakrove rude. Evropska unija trdi, da Indonezija s temi ukrepi krši pravila Svetovne trgovinske organizacije. Evropska stran je uspela s tožbo na prvi stopnji arbitražnega postopka, a se je Indonezija na to odločitev pritožila. Indoneziji se vsaj do nadaljnjega ni treba bati, da bi jo Svetovna trgovinska organizacija udarila po prstih. Pritožbeno telo organizacije, ki edino lahko izreče zavezujoče ukrepe, je namreč že štiri leta nesklepčno, saj imenovanje novih članov preprečujejo ZDA. To blokado je začel ameriški predsednik Donald Trump, nadaljuje jo tudi njegov naslednik Joe Biden. 

Embargo na izvoz surovin je strategija, ki se je države, ki poskušajo zgraditi svojo domačo proizvodnjo, poslužujejo že stoletja. V 16. stoletju je Anglija prepovedala izvoz volne, da bi italijanskim mestnim državicam prevzela monopol nad proizvodnjo sukna. ZDA so v 19. stoletju z embargom zaščitile razvoj domače industrije. 

Drugi ukrep, ki še bolj krši zahodni ideal prostega trga, je vzpostavitev kartela. Za vzpostavitev kartela je vsaj na prvi pogled najbolj primeren litij. Tudi tu je zgodovinskih primerov precej. Najbolj znan je seveda naftni kartel OPEC, pred tem pa je obstajal že kartel proizvajalk kositra, krajši čas tudi kartel držav proizvajalk kave in kavčuka. Politiki iz trojice južnoameriških držav – Čila, Bolivije in Argentine – so omenjali idejo kartela, a za zdaj Argentina ne pristaja na tak projekt. 

Težava kartelov je, da umetno zviševanje cen bistveno nad mejne proizvodne stroške spodbudi investicije v državah zunaj kartela, da razvijejo svojo proizvodnjo. To se je zgodilo tudi v primeru nafte, ko je drastični podražitvi v začetku sedemdesetih let, ki jo je sprožil OPEC, sledil intenziven razvoj novih naftnih polj na Aljaski in v Severnem morju. Drugi odziv trgov na kartele je varčevanje s temi surovinami. Tudi to se je zgodilo z nafto med naftnimi šoki – in zdaj se dogaja s kobaltom in litijem. Številna podjetja in državni raziskovalni inštituti intenzivno investirajo v baterije, ki ne uporabljajo kobalta in po možnosti litija. Tako se kot bolj perspektivne kažejo natrij-ionske baterije. Te so znatno večje in težje od litij-ionskih, a za številne namene zadostujejo. 

V ozadju večine geopolitičnih razmislekov o surovinah zelenega prehoda je naraščajoče rivalstvo med Kitajsko in ZDA. Kitajska je prvi krog tega soočenja že dobila. S planiranim razvojem ji je uspelo pridobiti večinski ali celo dominanten delež v pridobivanju, predvsem pa predelavi številih surovin. Čeprav Kongo proizvede večino kobalta, pri procesiranju prevladuje Kitajska. Pri procesiranju litija ima Kitajska 60-odstotni delež, pri bakru pa 40-odstotnega. Najmočnejša pa je dominacija na področju redkih zemelj, na katerem proizvajalcev zunaj Kitajske praktično ni. ZDA sedaj poskušajo ponovno zagnati svoj edini rudnik redkih zemelj, a za zdaj rudo še vedno pošiljajo v procesiranje na Kitajsko. Tudi druge prozahodne vlade, od Londona do Tokia, poskušajo z različnimi ukrepi, med katerimi so prve subvencije, vzpostaviti dobavne verige, ki bi se ognile vplivu Pekinga.

Razlog za vztrajno prednost Kitajske niso državne subvencije, ampak moč celotnega kitajskega industrijskega kompleksa, vključno z investicijami v zeleni prehod. 60 odstotkov vetrnic postavijo na Kitajskem, prav tako je Kitajska daleč največji trg za fotovoltaične celice, električna vozila in baterije vseh vrst. Vzpostavitev alternativnih dobavnih verig bo zahtevala ne samo veliko kapitala, ampak tudi dolgoročno planiranje industrijske politike, ki so jo države geopolitičnega zahoda zadnjih štirideset let sistematično degradirale.

Omejitve zelenega prehoda danes ne ležijo več v sami tehnologiji in razvoju te, temveč v surovinah. Svetovne zaloge  rud – bakra, aluminija, litija, niklja, kobalta in redkih kovin, če jih naštejemo le nekaj – so omejene in v veliki meri določajo ceno tem tehnologijam. Hkrati za njihovo uporabo potrebujemo druge naravne vire; predvsem vodo in prostor. Izgradnja infrastruktur zelenega prehoda in elektrifikacije omrežja, ki sta osrednja stebra zelenega prehoda za doseganje ciljev ogljične nevtralnosti, pušča znaten odtis tako v okolju kot v družbeno-političnem delovanju držav. Vse to ima svojo ceno. Včasih tako, ki jo trg upošteva, velikokrat pa, tako kot tudi pri izkoriščanju fosilnih goriv, ne.

 

 

Oddaja je podprta s sredstvi Programa ACF v Sloveniji 2014–2021.