Smartfóny, elektromobily, veterné turbíny. Od týchto a mnohých ďalších technológií očakávame, že budú v 21. storočí dominovať. Materiály, ktoré ich tvoria, však nepochádzajú z bezodnej studne. Nedeľník TOUCHIT vážne i nevážne. Nezviazané IT témy na tisíc spôsobov.

Elektronika sa v mnohých ohľadoch spolieha na vlastnosti mnohých vzácnych kovov, ktoré poskytujú žiadané vlastnosti. Túto závislosť pravdaže nenájdeme len u smartfónov a notebookov, ale aj u iných technológií, ktoré sú pre nás kľúčové. Neočakávame pri tom, že by sme sa v budúcnosti na elektroniku a technológie všeobecne spoliehali menej.

Dostupný objem týchto kovov je však na Zemi konečný, takže sa dá povedať, že ich akoukoľvek ťažbou sa nevyhnutne približujeme k ich vyčerpaniu, respektíve minutiu. Z faktického hľadiska k tomu pravdaže nikdy nedôjde, čo platí nielen v prípade vzácnych kovov, ale na prekvapenie mnohých napríklad aj v prípade ropy.

metal-ned3_nowat

Ani ropa sa nikdy neminie tak, že by na Zemi už žiadna nebola. Bude tu skrátka vždy. Ropu ale jedného dňa už nebude ekonomické ťažiť. Známe obrovské a ľahko dostupné rezervoáre sa vyčerpajú, tempo objavovania nových bude stále nižšie a postupne bude narastať percento zdrojov z ktorých sa ťaží ťažko a veľmi nákladne, pričom objem hmoty v danej lokalite nevynahradí náklady.

Veľmi zjednodušene povedané, je super ak niekde spravíte ropný vrt za dajme tomu 10 miliónov eur, a vyťažíte ropu za miliardu, či za 100 miliónov. Je ale nereálne stavať 10 miliónový vrt tam, kde vyťažíte ropu za milión. V základe to môže vyriešiť stúpnutie ceny, pretože keď je niečoho málo, zdražie to, čím sa aj malý objem stane opäť ziskový, avšak cena nemôže rásť do nekonečna. Ak si nejakú vec kúpi miliarda ľudí za 100 eur, tak v prípade, že je cena 1000 eur či 10 000 eur si ju už môže kúpiť značne menšie množstvo ľudí a od určitej hranice si ju prakticky nekúpi nikto. Trh nájde vždy balans medzi cenou a dopytom, avšak ak cenu určuje cena výroby/ťažby, ktorá neustále rastie, jedného dňa sa stane neudržateľnou.

Bežný smartfón je tvorený zhruba zo 40 % rôznymi kovmi, pričom o zvyšok sa obvykle stará plast a keramické a iné materiály. Niektoré kovy sú značne špecifické a majú dosť úzky okruh použití. V batériách dominuje lítium, kobalt a hliník. V mikrokondenzátoroch sa používa tantal. V elektronických obvodoch zas meď, zlato, striebro a wolfram. Základným stavebným prvkom čipov je síce kremík, avšak ten sa obohacuje kovmi ako je napríklad gálium či indium. Okrem toho, indium je prakticky nevyhnutné aj v TFT vrstvách LCD a OLED displejov. Vo vibračných mechanizmoch a takisto v reproduktoroch sa využívajú magnety, ktorých kľúčovým prvkom je kov neodymium, či po slovensky neodým, pričom medzi ďalšie nevyhnutné prvky patrí v tejto oblasti aj prazeodým, dysprózium a takisto pomerne bežný nikel.

metal-ned2_nowat

V priebehu 20. storočia bolo možné hlad po stále väčších objemoch rôznych materiálov pomerne ľahké uspokojovať. Všetkému pomáhal nielen pokrok v technológiách ťažby, ale aj nástup globalizácie, vďaka čomu bolo možné odhaľovať obrovské ložiská v menej rozvinutých krajinách, kde sme ako bonus dostali malé náklady na pracovnú silu. Vďaka tomu všetkému sa ceny darilo nielen držať nízko, ale ich ešte aj znižovať a to aj napriek tomu, že dopyt stále raketovo rástol.

Tento trend sa ale pomaly ale isto otáča. No a keď sa tempo objavovania nových ložísk zmenšuje a ťažba je ťažšia, cena nevyhnutne stúpa. Celosvetová spotreba rôznych vzácnych kovov pritom nie je známa s nejakými veľkými presnosťami, rovnako ako nie je presne známa veľkosť rezerv. V prípade vzácnych kovov, ako gálium alebo indium, ide navyše o strážené tajomstvo rôznych ťažobných spoločností.

Čas od času môžete naraziť na trochu alarmistické odhady o tom, že niektoré vzácne kovy môžu byť vyťažené v horizonte piatich až desiatich rokov. Tieto odhady sa obvykle vždy mýlia, pretože sme ich svedkami už niekoľko desaťročí.

metal-ned1_nowat

Pri čítaní takýchto varovaní si musíte vždy uvedomiť, že ide o predpovedanie neznámej budúcnosti, teda toho, koľko ložísk a v akej kvalite v nasledujúcom období odhalíme. Môžete len dáta extrapolovať z aktuálnych čísiel a vidieť, že tempo nestačí kopírovať krivku rastu, avšak ľahko sa stane, že nejaká ťažobná spoločnosť zvýši investície a odhalí kvalitné a veľké ložisko.

Faktom ale zostáva, že táto ťažba nie je bezodná a v mnohých smeroch vidíme narastajúce problémy. Aj keď nás nechajú chladné niektoré predpovede o rýchlom vyčerpaní a budeme pri odhadoch striedmejší, v horizonte 21. storočia sa nevyhnutne musíme konfrontovať s realitou značného poklesu.

Čo ale takáto konfrontácia bude znamenať? V mnohých prípadoch sú tieto prvky esenciálne z hľadiska svojich vlastností a ich problematická dostupnosť sa nám nemusí vôbec páčiť. V tejto súvislosti je zaujímavá štúdia Yalovej univerzity, ktorá sa pozrela na 62 rôznych prvkov prítomných v moderných smartfónoch a pokúšala sa určiť vhodné náhrady pre prípad, že by u niektorého prvku nestačila ťažba pokryť dopyt. Ukázalo sa, že v prípade 50 prvkov má dostupná náhrada značne horšie vlastnosti a v zostávajúcich 12 prípadoch neexistuje náhrada prakticky vôbec.

Nevieme pri tom kedy a v ktorých materiáloch ťažobný zlom nastane a aký bude pokles produkcie rýchly. Požiadavky trhu pri tom stále raketovo rastú. Odhaduje sa napríklad, že každé dnešné dieťa západného sveta za svoj život „spotrebuje“ v priemere 447 kg medi. V prípade tohto kovu, ktorý je pravdaže celkom esenciálnym vodičom v našej elektronike, sa očakáva zlom v ťažbe v najbližších dekádach, pričom jednu z predikcií môžete vidieť na grafe.

med_nowat

Na rozdiel od ropy či uhlia, ktoré po spálení skrátka zmiznú, je kovy pravdaže možné recyklovať a používať znova. Odhaduje sa, že 80 % už vyťaženej medi je stále dostupnej v rámci recyklačného procesu. Do všetkého však prehovára ekonomika. Kovy, ktoré sa používajú v malých množstvách a len v špecifických prípadoch je technicky aj ekonomicky omnoho ťažšie recyklovať. Ide pri tom hlavne o kovy patriace do tzv. vzácnych zemín. Ich extrakcia, napríklad zo smartfónov, je dnes obvykle neekonomická. Prispieva k tomu aj nerozoberateľnosť moderných mobilných zriadení, pričom situáciu komplikuje aj to, že sa používa čoraz viac prvkov. Pri rozomlení elektroniky na prach je totiž oddelenie jednotlivých materiálov často komplikovanejšie, než oddelenie od rôznych hornín.

Zoznámte sa s vzácnymi zeminami

Prvky, ktoré sa označujú ako vzácne zeminy (rare earths), tvorí celkom 17 kovov. Ide o skandium, yttrium, lantán, prazeodým, neodým, cér, prométium, samárium, európium, gadolínium, terbium, dysprózium, holmium, erbium, túlium, yterbium a lutécium.

Pre IT segment sú dôležité hlavne neodým, prazeodým a dysprózium. Tieto kovy sú používané v magnetoch slúchadiel, reproduktoroch, pevných diskoch a vibračných telieskach smartfónov. Kovy túlium a yterbium sa používajú v technológiách využívajúcich laser a európium a ytrium zas vo farebných subpixeloch displejov.

Ich použitie sa v budúcnosti nielenže nezmenší, ale bude neprestajne rásť, pričom sú esenciálne napríklad pre súčasný trend ekologicky čistejších elektrární, konkrétne tých veterných. Každý MW veternej elektrárne si vyžaduje približne 200 kg neodýmia. Štúdia MIT napríklad udáva, že z tohto a iných dôvodov narastie dopyt po neodýmiu v najbližších 20 rokoch o 700 % a v prípade dysprózia dokonca až o 2600 %.

rre0_nowat-jpg

Spracovanie vzácnych zemín je špinavá záležitosť. Ich oddeľovanie od horniny vyžaduje použitie síranov, čpavku a kyseliny chlorovodíkovej

Slovo vzácnosť nie je vo výraze „vzácne zeminy“ použité výhradne vo zmysle, že by boli tieto kovy na Zemi veľmi raritné. Najrozšírenejší z nich je cér, ktorého objem v zemskej kôre je 60 ppm (parts per million). To znamená, že v každom milióne častíc zemskej kôry je v priemere 60 častíc céru (teda napríklad 60 gramov na každú tonu zeminy). To je podobné ako v prípade medi, čo je jeden z troch najvyužívanejších kovov ľudstva (spolu so železom a hliníkom). Menej rozšírené sú lantán (30 ppm) a neodým (27 ppm), čo je podobná rozšírenosť akú má kobalt. Desaťkrát menej sú rozšírené kovy erbium a yterbium (2 ppm), čím sú na tom podobne ako cín. Napríklad túlium už má rozšírenie len 0,3 ppm, ale stále nejde o tak vzácny kov ako striebro (0,08 ppm) a zlato (0,0031 ppm). Jediný kov zo vzácnych zemín, ktorý ide pod túto hranicu je prométium (0,00 000 000 000 000 000 1 ppm), ktorý sa kvôli krátkemu polčasu rozpadu v prírode prakticky nevyskytuje (v elektronike sa nepoužíva, je ho ale možné vyrábať bombardovaním uránu protónmi a potenciálne je vhodný na rádioizotopové generátory kozmických sond).

Prečo sa teda označujú ako vzácne? Problémom je, že kovy v podobe vzácnych zemín sa len veľmi zriedka vyskytujú v koncentráciách, v ktorých je ekonomicky únosné ich ťažiť. Zmyslom ťažby železa, medi či zlata nie je začať kopať kdekoľvek, ale nájsť ložisko rudy so značne vyšším obsahom cieleného prvku, ako je inde bežné, čím sa ťažba oplatí. Problémom vzácnych zemín je, že ložísk z lepším objemom týchto kovov je málo a navyše, dostať ich z hornín je možné iba s pomocou lúhovania v silnej kyseline, čo je obrovská záťaž na životné prostredie.

Kombinácia týchto dvoch faktorov v posledných desaťročiach znamenala, že ťažbe a všeobecne trhu so vzácnymi zeminami začala celkom dominovať Čína. Tá totiž zhodou okolností má nielenže najväčšie ložiská, ale aj dostatočne lacnú pracovnú silu a laxné zákony z hľadiska ochrany životného prostredia a často žiaľ aj ochrany zdravia zamestnancov.

rre_nowat

To sa prevtelilo do obrovského problému, kedy svet začal byť na konci minulej dekády od Číny celkom závislý, pretože sa napokon starala až o 95 % svetových dodávok. To využila v roku 2010, keď náhle stanovila nové exportné limity pre niektoré štáty (ako reakciu na vyhrotenú politickú situáciu), pričom konkrétne šlo o Japonsko a USA. To viedlo k raketovému nárastu ceny, pričom niektoré kovy vzácnych zemín zdražili až o 2000 %.

Európska únia a takisto USA začína v posledných rokoch považovať tieto prvky za strategicky významné a pokúša sa pretláčať iné ťažobné miesta. V posledných piatich rokoch sme tak našu závislosť od Číny o niečo zmenšili, i keď stále sa stará o zhruba 80 % dodávok.

Aj keď je tento trh z hľadiska objemu materiálu a financií relatívne malý (185 000 ton kovu, 5 miliárd dolárov), jeho pozícia je z hľadiská svetových technológií kľúčová. Nárast jeho dôležitosti pritom pokračuje. Napríklad aktuálny report analytickej spoločnosti Zion Research odhaduje, že do roku 2020 bude prakticky dvojnásobný ako dnes.

Očakáva sa rýchly rast dopytu po lantáne, neodýme, dyspróziu a európiu. Ako však ťažíme stále horšiu a horšiu rudu z hľadiska bohatosti, nie je isté, či sa raketové nárasty dopytu bude dariť dostatočne uspokojovať. Nové technológie sa ale bez nich nezaobídu.

Výtok kontaminovanej vody z obrovskej fabriky na spracovávania cenných zemín v čínskom meste Pao-tchou, blízko mongolských hraníc. Spracovanie 1 tony týchto kovov vyprodukuje 2000 ton chemického odpadu

Ekonómovia na to majú odpoveď takú, že trh sa sám upraví a ustáli na cenách, aké sú potrebné. Keď nebude niečoho dostatok, cena výrazne stúpne, čo vyvolá záujem o hľadanie nových ložísk a spôsobov efektívnejšej ťažby. To však nerieši to, že ťažba čoraz horších rúd si môže vyžadovať čoraz väčšiu záťaž na životné prostredie. To je problém, ak tieto technológie, ako napríklad veterné turbíny a elektrické autá, chceme práve z opačného dôvodu.

Okrem toho, aj keď záťaž na životné prostredie môže byť stále menšia, ako v prípade ťažby ropy, raketový nárast ceny cieľových kovov môže zabrániť tomu, aby sa tieto modernejšie technológie presadzovali.

Aj bez nejakého zbytočného panikárenia, na ktoré dnes zrejme ešte nie je dôvod, musíme myslieť na to, že ľahko dostupné ložiská tu s nami skrátka nebudú navždy a jedného dňa sa minú. Namiesto pár storočí sa ale pri súčasných rastoch dá skôr ukazovať na desaťročia, čo nie je bohvieaký dlhý čas.

asteroid-mining_nowat

V blízkej budúcnosti bude preto v prípade vzácnych kovov nepochybne narastať snaha o ich účinnú recykláciu. Skôr či neskôr sa totiž recyklácia môže stať omnoho lepšie dostupný zdroj týchto materiálov, než ťažba zo stále horších ložísk v zemi. Vo vzdialenejšej budúcnosti možno všetko zachráni ťažba z asteroidov, avšak z technologického a hlavne ekonomického hľadiska je táto éra zrejme ešte jedno a možno aj viac storočí vzdialená.

Dnes teda máme to čo máme a bohužiaľ nevieme koľko toho ešte máme a ako dlho toho ešte budeme mať dosť. Veru zaujímavá situácia.

Nedeľník TOUCHIT hľadajte na našom webe ako inak než v nedeľu. Ak ste predchádzajúce zmeškali, nájdete ich všetky pod rovnomenným kľúčovým slovom.

nedelnik39-r_nowat

Značky: