Метали су кључни за глобалну економију – али три изазова прети ланцима снабдевања
Метали су у срцу глобалне економије, од производње електричне енергије и складиштења до транспорта. Али њихови ланци снабдевања суочавају се са три међусобно повезане изазове: растуће резерве, растуће потражње и високе емисије гасова стакленика1–3.
На тренутним стопама екстракције и употребе, познате резерве неких метала, укључујући бакар, никл и хромијум, трају само наредних неколико деценија1,2. А ове стопе не узимају у обзир растући захтев како се на свету расте и нове технологије се појављују3 (види „тродијелни проблем“).
Поред тога, рударство и екстракција већине метала, као и њихово топљење, рафинирање, легирање, ливење и обликовање, велики су извор стакленичких гасова. Сами челично представља око 8% глобалних емисија угљен-диоксида, или 3,6 милијарди тона3 – Више од три пута више од чега ваздухопловни сектор доприноси.
Тренутно нема конкретног, обично прихваћена дугорочна решења или планове за имплементацију. Овде је на основу наше стручности у науци и инжењерингу материјала наличимо скуп пет стратегија које заједно могу да се позабаве изазовима. Решења која друштва бирају ће имати широке последице за наше начине живота, економију и добробит наше планете и будућих генерација.
Извори: Резерве: Реф. 1; На захтев: Реф. 2; Емисија: Светски челик у сликама 2024 и Показатељи одрживости 2024 Извештаји (Светски челична удружење)
Замените материјале
Мали пригушивање хемијских састава материјала може ићи дуг пут у смањењу количине коришћених метала. На пример, узимајте челик. Отприлике милијарду тона челика угљеника-мангана користи се сваке године на глобалној цени за зграде и другу инфраструктуру. Међутим, користећи другу врсту челика – који има готово исте количине угљеника, мангана и силицијума, али такође садржи малене количине ниобијума (око 0,03% тежине) – повећава снагу и жилавост материјала4. Ниобијум-микроаллиед челик је мало скупљи од класичног челика. Али зато што је јачи, потребно је мање материјала4,5Спуштање укупних трошкова зграде. Смањивање потрошње челика такође може да смањи ЦО2 емисија4,5 за око 20%.
Аир Таксији ће ускоро бити у нашим небом – ако се батерије могу учинити сигурнијим
Истраживачи такође истражују друге супституције. На пример, магнети у ретким земљама, који захтевају елементе попут диспросијума или тербијум-а, могу се заменити са мање еколошки оштећења на основу гвожђа нитрида6. И натријум-јонске батерије7 Може да замени литијум-јоне да заобилазе глобалне ограничења водовода литијума, високим трошковима вађења и оштећења животне средине, то узрокује током екстракције. Научници такође студирају термичке батерије које енергију чувају као топлоту, а не као струју и која су направљена од материјала као што су цемент и дробљена стена.
Да би убрзали усвајање материјала са нижим угљеним отисцима, владе би требало да ажурирају политике и прописе. Владе и индустрија такође могу да створе сертификационе шеме које награђују материјални избори са ниским емисијом, помажући дизајнери, инжењери и потрошаче да доносе информисане одлуке. А универзитети треба да укључују начела супституција у едукацију и материјале за материјале, да обуку радну снагу за одабир материјала који имају минималан утицај на животну средину, а не само високе перформансе.
Академије и индустрија морају уско сарађивати кроз стипендије која финансирају индустрије, заједничким истраживачким програмима и институцијама као што су амерички истраживачки центри који подржавају Национална научна фондација.
Усвојити зелене технологије
Индустрија за производњу метала хитно мора да смањи свој утицај на животну средину. На пример, алуминијумска продукција је одговорна за око 270 милиона тона ЦО2 годину (једна десетина челика). Такође се ослобађају токсичну врсту која садржи флуорину, које су моћне гасове са ефектом стаклене баште. А бакар топлинг ослобађа велике количине сумпор-диоксида, који доприноси киселини кише.
Зелене производне технологије које су потребне ниже емисије. Многи већ постоје. На пример, врхунска пећ за рециклирање гаса који поново уноси угљен диоксид из процеса и гвожђа може значајно смањити емисије8. Остали штетни нуспроизводи такође се могу упчити. На пример, у бакрама, на пример, сумпор диоксид може се претворити у употребљива једињења, као што је сумпорна киселина.
Цене батерије падају, па зашто су електрични аутомобили још увек толико скупи?
Иновације у хидрометалургији и биолеви9 То користи микроорганизме да се разграде минерале у руде и ослобађају чисте метале револуционирају се екстракција. Они могу узимати никл, бакар и злато из руда са ниским концентрацијама ових елемената и избегавати енергетско интензивне поступке топљења, омогућавајући екстракцију метала из извора који су раније били прескупи на моји или отпуштени као неупотребљиви, попут нуспроизводи рударског и електронског отпада.
Међутим, у пракси се многе од ових напредованих технологија не усвоје због њихове трошкове. Владе морају помоћи предузећима и појединцима путем политика или подстицаја, као што су кредити са ниским интересовањем, улагања и механизми за карбобонске цене. Промоција соларне енергије показује како владини подстицаји могу убрзати усвајање упркос високим унапред трошковима. Амерички инвестициони порески кредит и програми на државном нивоу могу да понуде субвенције, зајмове за камате од нула и заинтересованост у заједницу.
Ићи на круг
Други начин да се смањи потрошња метала је да побољшате трајност, поправљивост и рециклажу производа који садрже метал. Компаније би требало да дизајнирају дуготрајне производе и нуде рециклирање крајњег живота. Неколико корпорација, укључујући технологију Гиантс Аппле и Делл, усвојиле су кружне праксе кроз оверене програме обнове.
Шест блокада пута на нето нулу – и како да их заокупите
Владе морају да подрже ове напоре тако што ће надгледати податке о рециклирању, спровођењу захтева за обелодањивањем и постављање подстицаја за рециклажу и управљање отпадом10. Европска унија је прихватила овај приступ. На пример, његов акциони план за циркуларну економију и његове стандарде мандата за издржљивост и поправку производа. Међународне организације треба да стандардизују праксе и агенције за заштиту животне средине или независна тела морају пратити поштовање и напредак. Међународна организација за стандардизацију издала је стандарде о екодесигији и дизајну за демонтажу. Међународни ресурс за заштиту животне средине Уједињених нација и организација за економску сарадњу и развој пружају смернице за одрживе токове материјала11.
Убрзавање рециклирања метала такође мора бити главни приоритет. Челик, алуминијум и бакар се већ широко рециклирају, али су потребне хитне побољшања за друге, као што су никл, кобалт, манган и елементи ретких земаља. Напредни начини сортирања и урбанистички програми12 То може опоравити драгоцене метале од електронског отпада су пресудни.
У 2021. години, на пример, Јапанско Министарство економије, трговине и индустрије представило је транзицију земље у кружну економију. Према наводима економских и еколошких министарстава нације, око 15 милиона кућних апарата прикупљено је широм земље у 2021. години.
Производни процеси се такође могу побољшати. 3Д штампање, на пример, смањује отпад грађевинским слојем објекта по слоју, користећи само потребну количину сировог металног праха13.
