Do połowy XXI w. wzrośnie zapotrzebowanie na materiały w energetyce odnawialnej. Wydobycie minerałów, produkcja kompozytów do urządzeń wiatrowych i słonecznych będą radykalnie maleć.
Będziemy więc szukać wielu rozwiązań logistycznych i technologicznych, by zmniejszyć oddziaływanie tych technologii na środowisko naturalne. Oznacza to lawinowy wzrost zapotrzebowania na materiały w energetyce odnawialnej.
Materiały w energetyce odnawialnej – będzie przełom
Zapotrzebowanie materiałów na rozwój technologii odnawialnej energii wzrasta z roku na rok. I wszystkie wskaźniki ekonomiczne pokazują, że światowy popyt na nią będzie rósł przez cały czas. Kluczowymi materiałami budowlanymi są stal i beton, które podczas przetwarzania produkcyjnego emitują ogromne ilości dwutlenku węgla.
Jednak jest to tymczasowy proceder, gdyż wykonane już panele słoneczne czy turbiny wiatrowe później nie emitują już CO2. To samo dotyczy wydobywanych w kopalniach metali ziem rzadkich, jak: kobalt, miedź czy krzem, które następnie przetwarza się produkcyjnie. Te minerały wkomponowane w elementy konstrukcyjne paneli słonecznych i turbin wiatrowych już nie powodują żadnych emisji.
– Zasilanie świata odnawialną energią będzie wymagało użycia wielu materiałów – powiedziała dla serwisu MIT Review Technology dziennikarka naukowo-technologiczna Casey Crownhurt. Następnie dodała. – Nie grozi mu wyczerpanie tych surowców.
Seaver Wang, współdyrektor zespołu ds. klimatu i energii w Breakthrough Institute, napisał w czasopiśmie naukowym Joule: – W każdym scenariuszu przedstawiliśmy materiały potrzebne do utrzymania ocieplenia na świecie poniżej 1,5 °C, które stanowią „tylko ułamek” światowych rezerw geologicznych.
Naukowcy obliczyli, że aby pokryć zapotrzebowanie na całą niskoemisyjną energetykę elektryczną, jest potrzebnych 17 kluczowych materiałów.
- Czytaj także: Chiny mają „asa” w rękawie. Grożą, że nim zagrają
Demetrios Papathanasiou, globalny dyrektor ds. energii i wydobycia w Banku Światowym, mówi wprost: – Nie docenia się tego, co musi się wydarzyć w górnictwie. Weźmy na przykład miedź: świat wydobył około 700 mln ton miedzi, odkąd tysiące lat temu rozpoczęliśmy wydobycie. Aby osiągnąć cele klimatyczne, będziemy musieli wydobyć kolejne 700 mln ton w ciągu najbliższych trzech dekad. To nie jest kwestia rezerw: minerały tam są.
Wysokie emisje z wydobycia i przetwarzania materiałów
Do 2050 r. wydobycie i przetwarzanie wszystkich minerałów, koniecznych do OZE (odnawialnych źródeł energii) będzie wynosić 29 mld gigaton. Roczna produkcja grafitu, litu i kobaltu ma zwiększyć się o ponad 450 proc.
Do wykorzystania technologicznego większości komponentów odnawialnej energii potrzebna jest odpowiednia ilość cementu, stali i aluminium. W masowych projektach budowlanych są wykorzystywane materiały wysokoemisyjne, takie jak stal i beton.
Franz-Josef Ulm, profesor inżynierii lądowej i środowiskowej MIT powiedział: – Ludzkość zużywa oszałamiającą ilość tych produktów – około 30 mld ton rocznie.
Emisje dwutlenku węgla przy produkcji stali wynoszą 1,5 tony na każdą 1 tonę wyprodukowanego metalu.
Profesor chemii materiałów Donald R. Sadoway dla MIT Climate Portal stwierdził: – Produkcja betonu odpowiada aż za 8 proc. światowej emisji dwutlenku węgla.
Przy konstruowaniu turbin wiatrowych konieczne jest wkomponowanie magnesów. Bez rzadkich pierwiastków, jak neodym i dysproz, nie będą funkcjonalne w zastosowaniu. Same turbiny są wykonywane z włókien szklanych. Natomiast skrzydła wykonuje się z kompozytów węglowych, będących produktami rafinacji. Ponadto miedź ma zastosowanie w gęstym okablowaniu urządzeń wiatrowych.
Panele słoneczne wymagają z kolei konstrukcji stalowych ram oraz wkomponowania dużej ilości krzemu, a także miedzi w tworzeniu gęstego okablowania. Krzem musi mieć postać krystaliczną, żeby mógł generować prąd pod wpływem promieni słonecznych. Składający się z wielu krystalitów nazywany jest polikrzemem, który ma największe uznanie w produkcji paneli fotowoltaicznych. Prognozy ekonomiczne wskazują na wielką ekspansję tego materiału na światowym rynku. A jego produkcja od teraz do 2050 r. ma się powiększyć aż o 150 proc.
Dążenie do zmniejszania śladu węglowego przy produkcji betonu i stali
Naukowcy starają się jak mogą znaleźć wiele sposobów przy produkcji materiałów niezbędnych do konstrukcji urządzeń do odnawialnej energii. Również do nich należą, wspomniani wcześniej, Sadoway oraz Ulm. Pierwszy z zespołów badawczych jest na etapie opracowywania bezemisyjnego sposobu produkcji stali w procesie elektrochemicznym. Podczas jego funkcjonowania powstaje tlen jako produkt uboczny. Drugi z zespołów badawczych rozgrzewa skałę wapienną do bardzo wysokiej temperatury, aby rozdzielić ją na wapno i dwutlenek węgla. Wapno to materiał budowlany, który ma głównie zastosowanie w budownictwie. A dwutlenek węgla, będący gazem cieplarnianym, jest wychwytywany i następnie sekwestrowany, najczęściej głęboko pod ziemią.
Łamanie praw człowieka przy zatrudnianiu w kopalniach. Do tego negatywne skutki środowiskowe
Wydobycie i przetwarzanie minerałów odbywa się nadal kosztem środowiska naturalnego. Przy tych działaniach inwestycyjnych naruszono również prawa człowieka. Np. powstanie kopalń wydobywających miedź i lit w zachodniej części USA może wymusić na rdzennej ludności opuszczenie ich rodzinnych ziem. A przy okazji spowodować wysokie zanieczyszczenie gleb i wód.
Również problemem etycznym wysokiej rangi jest zatrudnianie w kopalniach dzieci. Te ciężko pracują przy wydobywaniu kobaltu. Do dziś dzieje się tak w Demokratycznej Republice Konga. Na podobnej zasadzie działa w Chinach zmuszanie ludzi do pracy przy przetwarzaniu polikrzemu.
Źródła:
- www.technologyreview.com/2023/01/31/1067444/we-have-enough-materials-to-power-world-with-renewables/
- climate.mit.edu/ask-mit/does-steel-and-concrete-needed-build-renewable-energy-cancel-out-benefits
- www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(23)00001-6#%20
–
Zdjęcie tytułowe: T.W. van Urk/Shutterstock
