Nasz system gospodarczy jest wielki i skomplikowany, jego zderzenie z granicami wzrostu jest więc bardzo powolne, a przez to niezauważalne dla większości ludzi. Jednak pojawiają się coraz wyraźniejsze sygnały, że apetyt stworzonego przez nas systemu gospodarczego zderza się już z granicami możliwości jego zaspokojenia zasobami naszej planety. Nie ma już miejsca na kolejne wykładnicze „podwojenie” naszej gospodarki. Wystarczy przyjrzeć się ogólnie dostępnym informacjom. Niezależnie od tego, czy popatrzymy na dane dotyczące populacji, energii, rud metali, wody, ziemi uprawnej, żywności czy odpadów dostrzegamy, że czerwone lampki zapalają się od góry do dołu naszego pulpitu kontrolnego.
Od epoki brązu metale są krytycznymi surowcami umożliwiającym nam tworzenie narzędzi, budynków, maszyn, sieci energetycznych i pojazdów. Bez miedzi, żelaza, złota, aluminium i wielu innych metali, o których większość ludzi nawet nie słyszała, nie ma współczesnego przemysłu, elektroniki i samej cywilizacji technicznej.
Wraz ze wzrostem naszych potrzeb potrzebujemy coraz więcej metali. Tak jak w przypadku paliw kopalnych kończą się łatwe i tanie w pozyskaniu złoża rud wysokiej jakości.
Zobaczmy na jak długo wystarczy nam rezerw różnych metali. Skorzystajmy z oficjalnych danych US Geological Survey dotyczących rezerw i tempa ich eksploatacji 1. Bardzo zachowawczo załóżmy tempo wzrostu zużycia na poziomie 2 procent rocznie (MFW uważa, że dla dobrego stanu światowej gospodarki potrzebny jest wzrost o 3 lub więcej procent rocznie). Przy tych założeniach okazuje się, że rezerw rud ponad 20 różnych pierwiastków w tym srebra, żelaza, ołowiu, miedzi i złota, wystarczy na kilkanaście do kilkudziesięciu lat.
Okres do wyczerpania się rezerw metali przy założeniu wzrostu wydobycia o 2 procent rocznie. Na wykresie znajdują się pierwiastki, dla których ten czas jest krótszy niż 50 lat. Źródło.
Oczywiście w rzeczywistości nie oczekujemy stałego wzrostu produkcji, a chwilę później jej gwałtownego spadku do zera. Szczyt wydobycia zostaje osiągnięty na długo zanim upłynie „czas życia” słupka.
Jak widać, podczas kilku najbliższych dziesięcioleci napotkamy poważne problemy w wystarczająco szybkim wydobywaniu wielu ważnych metali. Dotyczy to m.in. wszystkich metali szlachetnych (złoto, srebro, metale z grupy platyny), cynku, cyny, indu, cyrkonu, kadmu, wolframu, miedzi, manganu, niklu i molibdenu. Już teraz mamy do czynienia z niedoborami niektórych (np. indu). Niektóre metale (np. cyrkon), być może szczyt wydobycia mają już za sobą. Co więcej, metale takie jak gal, german czy skand, nie znalazły się w tabeli USGS z braku wystarczającej ilości danych, jednak wszystkie one są wydobywane w bardzo małych ilościach będąc produktem ubocznym (w bardzo niskich koncentracjach) wydobycia innych metali.
Wiele wcześniejszych ostrzeżeń o zbliżających się niedoborach metali okazało się przedwczesnymi. Zrobiony 10 czy 20 lat temu wykres wyglądałby podobnie i też sugerowałby, że już wkrótce nastąpi szczyt wydobycia wielu minerałów. To jednak nie nastąpiło. Dlaczego? Radziliśmy sobie na dwa sposoby – odkrywaliśmy nowe złoża, a jeśli to nie wystarczało, sięgaliśmy po rudy niższej jakości, przekwalifikowując zasoby na rezerwy.
Jednak powinniśmy pożegnać się z myśleniem, że wielkie złoża bogatych rud czekają gdzieś na odkrycie. Już nie czekają. W poszukiwania złóż rud metali angażujemy coraz większe środki – jednak znajdujemy coraz mniej 2.
Wykres pokazujący związek pomiędzy nakładami na poszukiwania nowych złóż rud metali (linia zielona) i liczbą odkrywanych wielkich (słupki pomarańczowe) i dużych (słupki niebieskie) złóż. Źródło.
Gdyby posłużyć się analogią do zasobów ropy, to można powiedzieć, że jest skrajnie nieprawdopodobne, że znajdziemy kolejną „Arabię Saudyjską” lub „Morze Północne” bogatych rud metali. Skorupa naszej planety została dokładnie przetrząśnięta, a kopanie coraz głębiej niewiele pomoże, bo rudy metali powstają głównie w wyniku procesów geotermalnych, z uczestnictwem wody, zachodzących blisko powierzchni.
Pozostaje nam więc radzić sobie z tym, co mamy, czyli sięgać po złoża coraz niższej jakości. Jak na razie za każdym razem gdy ilość rezerw jakiegoś minerału stawała się zbyt niska, ceny rosły, rosła też ekonomiczna opłacalność eksploatacji zasobów dotychczas nie uważanych za rezerwy. Typowa krytyka stwierdzenia, że wchodzimy w okres niedoborów metali polega na zauważeniu, że po obniżeniu progu jakości rudy o czynnik 10, dostępne zasoby rosną 300-krotnie. To prawda. Jednak nie cała.
Im niższa zawartość metalu w rudzie, tym bardziej znaczący jest spadek efektywności eksploatacji i wzrost kosztów. Wyprodukowanie 1 kg metalu z rudy o dwukrotnie niższej koncentracji wymaga przerobu ponad dwukrotnie większej ilości rudy. To samo dotyczy zużycia chemikaliów, których ilość zależy od ilości rudy, a nie od ilości znajdującego się w niej metalu. Mniejszej koncentracji metalu w rudzie nie można nadrobić zwiększonym przerobem, ponieważ koszt wyprodukowania koncentratu gwałtowanie rośnie.
A to jeszcze nie wszystko – cały proces zderza się z granicą opłacalności, gdy koncentracja metalu spada poniżej tzw. bariery mineralogicznej (czyli pewnego niskiego poziomu jakości rudy), aby pozyskać z rudy metal, należy ją kruszyć i rozkładać chemicznie. Biorąc pod uwagę olbrzymie ilości rud niskiej jakości, które musielibyśmy przetworzyć, aby zaspokoić rosnące wykładniczo zapotrzebowanie, w świecie ograniczonych zasobów energetycznych, do którego szybko się zbliżamy, olbrzymia ilość zasobów pozostanie poza naszym zasięgiem.
Po jakie zasoby dziś sięgamy? Na początku XX wieku eksploatowaliśmy rudy zawierające około 20 gramów złota na tonę skały. W połowie stulecia jakość eksploatowanych rud spadła do 12 gramów na tonę, dziś zaś w USA, Kanadzie i Australii sięgamy po rudy, mające 2-3 gramy złota na tonę 3.
Jakość eksploatowanych rud złota dla czołowych jego producentów.
Ilość wydobywanego złota przestała rosnąć mimo trwającego dekadę wzrostu cen złota z niecałych 300 do ponad 1500 dolarów za uncję 4.
Ilość wydobywanego złota. Źródło.
Wcześniejsze okresy spadku wydobycia złota były związane z ograniczeniem wydobycia w okresach wojen światowych i po odejściu od standardu złota w roku 1971, gdy banki centralne rzuciły na rynek duże ilości złota. Tym razem ograniczenie wydobycia ma przyczyny strukturalne – rozbudowa kopalni jest opłacalna dopiero przy cenie złota przekraczającej 1400 dolarów za uncję, a budowa nowych kopalni dopiero powyżej 2000 dolarów za uncję 5.
Można przytaczać wiele liczb, ale jest to bardzo abstrakcyjne. Zamiast tego odwiedźmy współczesną kopalnię miedzi.
Kopalnia miedzi Bingham Canyon w Utah, USA – dziura w ziemi o głębokości 1200 metrów i szerokości 4 kilometrów. Obiekt zaznaczony kółkiem to potężna ciężarówka, używana do transportu rudy. Źródło.
Tak wygląda dziś wydobycie rud metali. W miejscu, gdzie 100 lat temu były szczyty górskie, zieje dziś dziura w ziemi licząca 4 kilometry szerokości i 1200 metrów głębokości. Z czym to porównać? Górujący nad Zakopanem Giewont wznosi się nad nim na wysokość niecałych 1100 metrów. Gdybyśmy wstawili Giewont na dno kopalni Bingham Canyon, jego szczyty byłby wciąż 100 metrów poniżej poziomu gruntu. Z tej wielkiej dziury wydobywamy rudę o koncentracji 0,2%. Na każdą tonę miedzi w rudzie musimy przerzucić 500 ton skał i piachu. Gdybyśmy mieli do dyspozycji rudy wyższej jakości, czy wysilalibyśmy się tak bardzo? Przyjrzyj się uważnie zdjęciu kopalni.
Ciężarówka wykorzystywana do transportu rudy.
Co zasila te ciężarówki? Ropa. Gdy nam jej zabraknie, to jak będziemy transportować tę rudę? Mułami? Ciężarówka ma ładowność 225 ton. Standardowo przyjmowana ładowność „muła armijnego” wynosi około 70 kg. A więc żeby zastąpić pojedynczą ciężarówkę, potrzebowalibyśmy ponad 3000 mułów, a biorąc pod uwagę ich mniejszą prędkość i konieczność odpoczynku, raczej 10 000. Sporo tych mułów, prawda? Tym zwierzętom trzeba by dostarczyć żywność, wcisnąć je do kopalni oraz zadbać o personel do ich prowadzenia, załadunku i opieki nad nimi. To wszystko do zastąpienia pojedynczej ciężarówki. Jak myślisz, czy ta kopalnia mogłaby dalej działać bez paliw kopalnych?
Widok głębokiej na ponad kilometr kopalnia miedzi uświadamia, jak potężnych ilości energii potrzebujemy. Przy przetwarzaniu rud coraz niższej jakości, na pozyskanie takiej samej ilości metalu potrzebujemy coraz więcej energii. Zresztą nawet w sytuacjach, gdy jakość dostępnych rud nie zmienia się znacząco, to i tak na ich eksploatację potrzeba więcej energii, bo musimy kopać głębiej i przerzucać większą ilość skał, aby dostać się do pokładów rudy. Oczywiście konieczność eksploatacji rud niższej jakości pogarsza całościową sytuację, podnosząc wykładniczo nasze zużycie coraz trudniej dostępnej energii.
Jak wiele energii przeznaczamy na wydobycie metali? Gdyby była to znikoma jej część, nie byłoby problemu ze zwiększeniem ilości przeznaczanej na pozyskiwanie metali z trudniejszych rud. Jednak na wydobycie rud metali i ich przetwarzanie już dziś zużywamy znaczącą część energii – sama produkcja stali pochłania 5 procent naszych zasobów energetycznych. Po doliczeniu innych metali okazuje się, że na ten cel przeznaczamy 7-10 procent całości naszego zużycia energii. W pogoni za 10-krotnie uboższymi rudami metali musielibyśmy na ich pozyskiwanie przeznaczyć całość energii, którą obecnie dysponujemy 6.
Niedobory energii to problem z wydobyciem metali, a z drugiej strony eksploatacja coraz trudniejszych złóż będzie pochłaniać coraz więcej kurczących się zasobów energetycznych. Z jednej strony powinniśmy więc zmniejszać zużycie energii, a z drugiej strony zużycie energii w sektorze wydobywczym będzie rosnąć. Jak zacznie nam brakować metali, zaczną rosnąć ich ceny. Coraz droższa będzie stawać się infrastruktura energetyczna (platformy naftowe, rurociągi, farmy wiatrowe, panele słoneczne, maszyny), przez co będą rosnąć ceny energii – wpływające zwrotnie na ceny metali. To jedno z wielu sprzężeń zwrotnych, stanowiących pułapkę pudełka wzrostu, w którą brniemy coraz głębiej.
Przyjrzyjmy się pozyskiwaniu złota. Wraz ze spadkiem jakości eksploatowanych rud rośnie ilość przerabianych skał. Rudę usypuje się w hałdy, które następnie polewa się wodnym roztworem cyjanku sodu. To on wytrąca złoto, które następnie odzyskuje się z wody w kolejnych procesach chemicznych. W tej technologii wykorzystana może być jedynie słodka woda – od słonej maszyny by zardzewiały. Efektem ubocznym pozyskiwania złota jest też uwalnianie ze skał metali ciężkich, takich jak arsen, kadm, ołów i rtęć. W Stanach Zjednoczonych kopalnie metali odpowiedzialne są za 46 procent wszystkich odpadów przemysłowych, w tym 96 procent emisji arsenu i 76 procent emisji ołowiu. Prawo wielu krajów nakazuje przechowywać te toksyczne odpady w specjalnie do tego celu wybudowanych stawach. Ale co z tego? Katastrofy związane z wyciekami z takich zbiorników stanowią dwie trzecie wypadków w górnictwie metali szlachetnych. W Chinach i innych krajach rozwijających się nikt nie zawraca sobie głowy zabezpieczaniem i kosztowną utylizacją odpadów. Zanieczyszczona cyjankiem i metalami ciężkimi woda jest po prostu wypuszczana poza teren kopalni. To dziesiątki milionów ton toksycznych odpadów, których koncentracja w wielu zbiornikach wodnych przekracza normy dziesiątki, a nawet setki razy, kumulując się jeszcze bardziej w planktonie i rybach. Złotonośne skały mają jeszcze jedną nieprzyjemną cechę – zawierają siarczki, które w kontakcie z wodą i tlenem tworzą kwas siarkowy. Wody podziemne w okolicach kopalni są tak kwaśne, że nie nadają się nie tylko do picia, ale nawet do celów rolniczych czy przemysłowych 7.
Jeszcze bardziej komplikując sprawy, średni globalny niedobór metali będzie poprzedzony niedoborami miejscowymi związanymi z nierównomiernym rozłożeniem złóż i wyczerpaniem ich w niektórych regionach (podobnie jak ropy i gazu). Rewolucja przemysłowa zaczęła się w Europie i USA, nie powinno więc nikogo dziwić, że zarówno Europa, jak i USA wyczerpały już znaczącą część swoich zasobów minerałów.
Stany Zjednoczone, choć wciąż pozostają ważnym producentem metali, są silnie uzależnione od importu różnych metali strategicznych, nierzadko w 100 procentach. Sytuacja Unii Europejskiej jest jeszcze gorsza 8.
Wiele ważnych metali jest wydobywanych w większości jedynie w jednym lub kilku krajach. Szczególnie uderzającym przykładem są metale ziem rzadkich.
Bez nich nie byłoby magnesów, elektrowni wiatrowych, efektywnych paneli słonecznych, kolorowych telewizorów, wyświetlaczy LCD, albo wytrzymałych twardych dysków używanych w laptopach. Pierwiastki te są nieodzowne w generatorach prądu używanych w elektrowniach wiatrowych oraz w autach hybrydowych. W telewizorach widzimy czerwony kolor dzięki metalowi o nazwie europ. Bez tulu nie powstałyby przenośne urządzenia rentgenowskie. Bez ceru nie byłoby piekarników pokrytych samoczyszczącą się powłoką. Także wielu odmian laserów medycznych i wojskowych, soczewek do kamer czy smartfonów nie dałoby się wyprodukować bez metali ziem rzadkich 9. Ośrodek analityczny Kongresu USA szacuje, że zapotrzebowanie na nie podwoi się w ciągu zaledwie 4 lat 10. Zaspokojenie popytu staje więc pod coraz większym znakiem zapytania, szczególnie, że dostawy kontrolowane są przez nielicznych monopolistów.
Blisko połowę światowych zasobów tych metali posiadają Chiny, które zapewniły sobie monopol w ich wydobyciu, przez ćwierć wieku likwidując dumpingowymi cenami konkurencję kopalń z innych części świata. Produkcja tych metali wiąże się z potworną degradacją środowiska, więc chińskie wyjątkowo liberalne podejście do tych kwestii pozwoliło utrzymać ceny na niskim poziomie. Teraz z Chin pochodzi 97 procent światowego wydobycia metali ziem rzadkich i Pekin zaczął gwałtownie ograniczać ich eksport 11. Koncerny samochodowe zaczynają się także martwić jaki rachunek wystawi Rosja za stosowany przy wyrobie katalizatorów pallad, którego 90 procent pochodzi właśnie stamtąd, a konkretne z kopalni koncernu Norylsk Nikiel wydrążonej na Syberii jeszcze przez niewolników z sowieckich gułagów 12.
Konsekwencje niedoboru metali ziem rzadkich będą bardzo poważne – zostaną nimi dotknięte nie tylko istniejące sektory przemysłu, od maszynowego po chemiczny, lecz przede wszystkim liczne dynamicznie rosnące sektory nowoczesnych technologii, od rozwoju których zależy możliwość zbudowania czystej, niskowęglowej gospodarki.
Nasza cywilizacja już dziś w znaczącym stopniu zmieniła skład wierzchniej warstwy skorupy ziemskiej. Skoncentrowane złoża wielu pierwiastków, szczególnie metali, które zostały uformowane przez trwające miliony lat procesy geochemiczne, zostały wydobyte, przetworzone i wyplute przez nasz liniowy system gospodarczy w rozproszonej formie, nienadającej się do odzyskania. Do powstania nowych złóż będą potrzebne kolejne miliony lat. Nasze dzieci otrzymają od nas w spadku planetę mocno różniącą się od tej sprzed rewolucji przemysłowej.
Tanie i obfite minerały, w oparciu o które nasi ojcowie zbudowali społeczeństwo przemysłowe, nie występują już na powierzchni ziemi.
Jeśli będziemy chcieli stosować zaawansowane technologie, będziemy musieli poradzić sobie z niedoborami. Wiele zależy od energii – jeśli będziemy dysponować potrzebną energią, będziemy w stanie sięgać po rudy niższej jakości i zastępować rzadkie metale występującymi obficiej, lecz wymagającymi większego wsadu energetycznego przy ich pozyskiwaniu. W skrajnym przypadku dysponowania naprawdę potężnymi źródłami energii (jak synteza termojądrowa) moglibyśmy zacząć eksploatować metale w asteroidach – to jednak wciąż mało realny scenariusz. Prawdopodobnie nie będziemy w stanie w najbliższych dekadach zastąpić całości energii dostarczanej obecnie przez paliwa kopalne energią ze źródeł odnawialnych czy atomu. Doprowadzi to do zmniejszenia zasobów dostępnej energii, a wraz z wyczerpywaniem się rud wysokiej jakości, do zmniejszenia dostępności metali.
Idealnym rozwiązaniem byłoby zastąpienie szczególnie cennych metali łatwiej dostępnymi substytutami. Jednak niestety dla wielu z nich nie są one znane. Będziemy musieli sobie poradzić z tym problemem wypracowując nowe strategie postępowania z zasobami – recykling, zamknięty cykl produkcyjny i ograniczanie ich zużycia. Szkoda, że wiele wskazuje na to, że z zastąpieniem obecnego marnotrawstwa będziemy czekać do chwili, aż znajdziemy się pod ścianą.
