天然資源経済学
背景と導入編
永続的な資源の概念は複雑で、新しい技術（通常はより効率的な回収）や新しいニーズの出現、そして程度は低いですが新しい経済学（材料の価格の変化、エネルギー コストの変化など）によって変化します。 一方では、材料（およびその資源）は不足の時期に入り、戦略的で重要な材料（即時枯渇危機）になることがありますが、他方では、材料は使用されなくなり、その資源は以前はなかったとしても永久に続くことがあり、さらに、材料がほとんど使用されなくなると、その資源は古資源になることがあります（例：矢じり用のフリントの資源）。
連邦政府が急に資源問題に関心を持つようになったのは、1941年12月7日、日本が米国から錫とゴムを切り離し、タングステンなどのいくつかの材料の入手が非常に困難になった直後のことでした。 これは資源確保のための最悪のケースで、戦略的に重要な素材となった。 戦後、戦略的・重要物資の政府備蓄が行われ、約100種類の素材を現金で購入したり、米国の農産物と交換して入手したりした。
資源は、技術と経済によって時間とともに変化します。より効率的な回収によって、必要とされる鉱石のグレードは下がります。 銅鉱石の平均品位は、1900年の4.0％から、1920年には1.63％、1940年には1.20％、1960年には0.73％、1980年には0.47％、2000年には0.44％と低下しています。
コバルトは、世界で唯一のコバルトの主要産地であるベルギー領コンゴが1960年に急遽独立し、コバルトを産出する州がカタンガとして分離独立して以来、何度かの戦争や反乱、地方政府の排除、鉄道の破壊、国有化などを経て、供給が不安定になっていた。 その上、1978年にはカタンガの反乱軍が州に侵攻し、供給や輸送に支障をきたし、コバルトの価格は一時的に3倍になった。
これを受けて、ソ連による「資源戦争」の構想が持ち上がった。
コバルト問題や「資源戦争」を回避するために重要なのは、ある物質の代替品をその最終用途に使うことです。 満足のいく代替品の基準としては、(1)国内で十分な量が入手可能であること、または隣接する国、場合によっては海外の同盟国からも入手可能であること、(2)第一選択の材料に匹敵する物理的・化学的特性、性能、寿命を有していること、(3)特にエキゾチック合金の成分として、確立された既知の動作と特性を有していること、(4)既存の技術、資本プラント、加工・製造施設の変更を最小限に抑えて加工・製造が可能であること、などが挙げられます。 例えば、アルミナを作るためにボーキサイトをアルナイトに、コバルトをモリブデンやニッケルに、銅合金製の自動車用ラジエーターをアルミニウム合金製の自動車用ラジエーターに置き換えることが提案されました。
資源を代替する重要な方法は、合成によるものです。例えば、工業用ダイヤモンドや多くの種類の黒鉛がそうですが、ある種の黒鉛はリサイクル製品でほぼ代替できます。 ほとんどの黒鉛は合成品で、例えば、黒鉛電極、黒鉛繊維、黒鉛形材（機械加工されたもの、されていないもの）、黒鉛粉などがあります。
資源を代替・拡張するもう一つの方法は、スクラップや廃棄物から所望の材料をリサイクルすることです。
もう一つの資源の代替・拡張方法は、スクラップや廃棄物から希望の材料を再生することです。 耐久消費財の再生は、化学的・物理的な破壊への耐性、入手可能な数量、入手可能な価格、元の製品からの抽出のしやすさなどに依存します。 例えば、胃薬に含まれるビスマスは絶望的に散らばっている（散逸している）ため、回収は不可能ですが、ビスマス合金は簡単に回収・リサイクルできます。 リサイクルが大きな違いを生む良い例は、黒鉛の資源利用状況です。フレーク状の黒鉛は、キッシュと呼ばれる再生可能な資源から回収できます。キッシュとは、スラグと一緒に溶融した金属から炭素が黒鉛として分離してできる製鉄廃棄物のことです。
他にもいくつかの種類の資源を導入する必要があります。 戦略材料や重要材料が、代替やリサイクルによって軽減されない限り、資源としては最悪のケースであるとすれば、最良のものの1つは豊富な資源です。 豊富な資源とは、これまであまり利用されてこなかった資源のことです。例えば、高アルミナ質の粘土やアノーサイトを使ってアルミナを生産したり、海水からマグネシウムを回収する前にマグネシウムを使ったりしていました。 豊富な資源は、永久的な資源とよく似ている。 埋蔵量とは、識別された資源のうち、現在証明されている技術と現在の経済性が稼働している時を超えて、経済的に利用可能になる合理的な可能性を持つ部分である。 識別された資源とは、その位置、等級、品質、および量が特定の地質学的証拠から知られている、または推定されているものである。 埋蔵量とは、決定された時点で経済的に抽出可能な埋蔵量の部分を指します。埋蔵量は、課税や所有企業の広報活動の必要性によって歪められることが多いため、資源の代用として使用すべきではありません。
包括的な天然資源モデル
Harrison Brown and associatesは、人類はますます低品位の「鉱石」を処理するようになると述べています。 鉄は、鉄の地層のどこかにある原石のような低品位の鉄含有物質から作られるようになりますが、これは現在、北米などでタコナイトペレットを作るために使われている原料と大差ありません。 原料炭の埋蔵量が減少すると、銑鉄や鉄鋼の生産には、コークスを使用しないプロセス（電気炉）が使われるようになる。 アルミニウム産業は、ボーキサイトの使用からアノーサイトや粘土の使用に移行する可能性がある。 現在は海水から得ている金属マグネシウムとマグネシアの消費量（耐火物など）が増加する。 硫黄は、黄鉄鉱、次いで石膏または無水石膏から得られるようになる。 銅、亜鉛、ニッケル、鉛などの金属は、マンガン団塊やフォスフォリア層から得られるだろう。 こうした変化は、世界のさまざまな地域で不規則に起こる可能性がある。 ヨーロッパや北米ではアルミの原料にアノーサイトや粘土が使われるかもしれないが、他の地域ではボーキサイトが使われるかもしれないし、北米ではタコナイトが使われるかもしれないが、ブラジルでは鉄鉱石が使われるかもしれない。 技術的な進歩の結果、新しい素材が登場し（注：登場しています）、あるものは代替品として機能し、あるものは新しい特性を持つようになります。 リサイクルはより一般的で、より効率的になるでしょう（注：実際にそうなっています！）。 最終的には、鉱物や金属は「平均的な」岩石を加工して得られるようになる。 岩、100トンの「平均的な」火成岩から、8トンのアルミニウム、5トンの鉄、0.6トンのチタンが得られます。
地殻の存在量データとMcKelveyの埋蔵量-存在量関係に基づいたUSGSのモデルを、地球の地殻（世界）と米国の地殻に含まれるいくつかの金属に適用します。 マッケルビーの関係に最も近い、現在回収可能な（現在の技術、経済）潜在的資源は、銅、亜鉛、鉛、銀、金、モリブデンなど、最も長い間求められてきたものである。 マッケルビーの関係に従わない金属は、（主要金属の）副産物であったり、最近まで経済に欠かせないものではなかったものです（チタン、アルミニウムはそれほどでもありません）。 ビスマスは、この関係にあまり従わない副産物金属の例である。米国西部にある3％の鉛の埋蔵量は、ビスマスが100ppmしかなく、ビスマスの埋蔵量としては明らかに低品位すぎる。 世界の回収可能資源量は、銅が21億2,000万トン、ニッケルが25億9,000万トン、亜鉛が34億トン、アルミニウムが35億1,900万トン、鉄が20億3,500万トンとなっています。
多様な著者がさらなる貢献をしています。 代替品の数はほぼ無限にあると考える人もいます。特に、化学工業から新しい材料が流れてくると、異なる材料や出発点から同じ最終製品を作ることができます。 プラスチックは良い電気伝導体になります。 すべての材料は理論上の100倍も弱いのだから、転位のある部分をなくして大幅に強化し、より少ない量で使用できるようにすることができるはずだ。 要約すると、「鉱山」企業の製品はますます多様化し、世界経済は素材からサービスへと移行し、人口は平準化しているように見えますが、これらのことは素材に対する需要の伸びが小さくなることを意味します。素材の多くは、やや珍しい岩石から回収され、特定の事業からの副産物や副々製品がはるかに多くなり、鉱物や素材の取引が増えていくでしょう。
永続的な資源への傾向
急進的な新技術が材料や鉱物の世界にますます強力な影響を与えるにつれ、使用される材料は永続的な資源を持つ可能性が高くなります。 永久的な資源を持つ素材はすでに増えており、再生不可能な資源を持つ素材や戦略的に重要な素材は減っています。 塩、石、マグネシウム、粘土などの永続的な資源を持つ素材は前に述べたとおりです。 永久資源の中には、塩、石、マグネシウム、粘土などの永久資源があることは前述したが、技術の進歩により、別の炭素の塊から簡単に作ることができる人造ダイヤモンドが永久資源のリストに加わった。 人造黒鉛は、石油コークスや繊維などの炭素前駆体から大量に作られる（黒鉛電極、黒鉛繊維）。 Liquidmetal Technologies, Inc.は、材料の転位を除去する技術を利用して、結晶の原子構造の固有の弱点に起因する性能制限を克服している。 リキッドメタル・テクノロジーズ社は、結晶性の原子構造ではなく、ランダムな原子構造を持つアモルファス金属合金を製造している。 このアモルファス金属合金は、通常よりもはるかに優れた性能を有しており、例えば、ジルコニウム-チタンのLiquidmetal合金は、標準的なチタン合金よりも250％の強度を有しています。
過去50年間に行われた海底探査では、多くの場所でマンガン団塊やリン酸団塊が発見されました。
最近では、多金属硫化物の鉱床が発見され、現在では「ブラックスモーカー」から多金属硫化物の「黒い泥」が堆積しています。1978年のコバルト不足の状況は、今ではマンガン団塊からの回収という新しい選択肢があります。 韓国の企業が2010年にマンガン団塊の回収事業の開発を開始する予定で、回収されるマンガン団塊は平均してマンガン27～30％、ニッケル1.25～1.5％、銅1～1.4％、コバルト0.2～0.25％（商用グレード）となる。 Nautilus Minerals Ltd.は、現在の技術を新しい方法で組み合わせた水中掃除機のような装置を使って、巨大な海底の多金属硫化物鉱床から平均29.9%の亜鉛、2.3%の鉛、0.5%の銅という商業グレードの物質を回収することを計画しています。
海中では他にもロボットによる採掘技術が応用されています。 リオティント社では、衛星回線を利用して、1500キロ離れた場所にいる作業員が掘削装置を操作したり、貨物を積み込んだり、鉱石を掘り出してベルトコンベアに乗せたり、岩や土を爆破するための爆薬を設置したりしています。 このようにして、作業員を危険から守ることができ、作業員の数も減らすことができます。 このような技術は、コストを削減し、埋蔵されている金属の含有量の減少を相殺します。
最後に、永続的な資源とは何でしょうか。 ASTMによる永久資源の定義は、「人間の時間スケールでは事実上無尽蔵であるもの」とされています。 例としては、太陽エネルギー、潮力エネルギー、風力エネルギーなどが挙げられ、これに塩、石、マグネシウム、ダイヤモンドなどの前述の素材が加わります。
持続可能性の生物地球物理学的側面に関する研究では、持続可能性を達成するためには、資源のストックが700年持続するか、永久資源になるか、最悪の場合は350年持続するか、という慎重なルールが示されています。 その資源からどのくらいの期間回収できるかは、人間の必要性と、採取から製品のライフサイクルを経て最終的に廃棄されるまでの技術の変化に加えて、材料のリサイクル可能性や満足できる代替品の有無によって決まります。 具体的には、代替品の利用可能性、リサイクルの程度とその実現可能性、最終消費者製品のより効率的な製造、より耐久性のある長持ちする消費者製品、さらには他の多くの要因など、これらの要因が弱まり、再生されるまでは、枯渇性は発生しないことを示しています。
考慮しなければならない資源の種類に関する最新の資源情報とガイダンスは、Resource Guide-Update
Transitioning: Perpetual Resources to paleoresourcesEdit
永続的な資源は、古資源に移行することができます。 古資源とは、そこから抽出された物質に対する需要がほとんどないもので、人類がもはや必要としない陳腐化した物質のことです。 典型的な古資源は、矢じり用の火打石です。今では誰も火打石の矢じりや槍の穂先を作りません。 陳腐化した製品には、ブリキ缶、ブリキホイル、学校のスレート黒板、医療技術のラジウムなどがあります。 ラジウムは、放射線治療において、より安価なコバルト60などの放射性同位元素に取って代わられました。
ペンシルバニア州の無煙炭は、陳腐化と古資源化の傾向を統計的に示すことができるもう一つの素材です。 無煙炭の生産量は、1905年に7,040万トン、1945年に4,980万トン、1965年に1,350万トン、1985年に430万トン、2005年に150万トンでした。 一人当たりの使用量は、1905年に84kg、1965年に7.1kg、2005年に0.8kgとなっています。
無煙炭の資源量は永久資源の範囲に入っており、無煙炭の需要は大幅に減少しているので、無煙炭が古資源になる可能性は考えられるでしょうか？ おそらく、顧客が消えていく（暖房用の他のエネルギーに変わる）ことで、無煙炭の販売店がコストをまかなえるだけの取引を維持できずに閉店したり、コストをまかなえないほど量が少ない鉱山が閉山したりして、供給網が萎縮していくのではないでしょうか。 これは相互に強化されたプロセスである。顧客が汚染や二酸化炭素の発生が少ない他のクリーンなエネルギーに転換すると、石炭販売業者はコストをカバーするのに十分な販売量がないために閉鎖せざるを得なくなる。 石炭販売店の他の顧客は、近くに別の石炭販売店を見つけられない限り、転換せざるを得なくなる。 最後に、無煙炭鉱山は、コストをカバーするだけの販売量がないために閉山します。