Ekonomika zasobów naturalnych
Tło i wprowadzenieEdit
Koncepcja zasobów wieczystych jest złożona, ponieważ pojęcie zasobu jest złożone i zmienia się wraz z pojawieniem się nowej technologii (zwykle bardziej efektywnego odzysku), nowych potrzeb, a w mniejszym stopniu wraz z nową ekonomiką (np. zmiany cen materiału, zmiany kosztów energii itp.). Z jednej strony materiał (i jego zasoby) może wejść w okres niedoboru i stać się materiałem strategicznym i krytycznym (kryzys natychmiastowego wyczerpania), ale z drugiej strony materiał może wyjść z użycia, jego zasoby mogą stać się wieczne, jeśli wcześniej nie były, a następnie zasób może stać się paleozasobem, gdy materiał prawie całkowicie wyjdzie z użycia (np. zasoby krzemienia do grotów strzał). Niektóre z zawiłości wpływających zasobów materiału obejmują zakres recyklingu, dostępność odpowiednich substytutów dla materiału w jego produktów końcowych, plus kilka innych mniej ważnych czynników.
Rząd federalny nagle stał się nieodparcie zainteresowany kwestiami zasobów na 7 grudnia 1941 roku, wkrótce po tym, jak Japonia odcięła USA z cyny i gumy i uczynił niektóre inne materiały bardzo trudne do uzyskania, takich jak wolfram. To był najgorszy przypadek dla dostępności zasobów, stając się strategicznym i krytycznym materiałem. Po wojnie został utworzony rządowy magazyn materiałów strategicznych i krytycznych, mający około 100 różnych materiałów, które zostały zakupione za gotówkę lub uzyskane przez handel poza amerykańskimi towarami rolnymi dla nich. W dłuższej perspektywie, niedobór cyny doprowadził później do całkowitego zastąpienia folii aluminiowej folią cynową, a stalowe puszki wyłożone polimerami i opakowania aseptyczne zastąpiły stalowe puszki pokryte galwanicznie cyną.
Zasoby zmieniają się z czasem wraz z technologią i ekonomią; bardziej efektywne odzyskiwanie prowadzi do spadku wymaganej klasy rudy. Średnia jakość przetwarzanej rudy miedzi spadła z 4,0% miedzi w 1900 r. do 1,63% w 1920 r., 1,20% w 1940 r., 0,73% w 1960 r., 0,47% w 1980 r. i 0,44% w 2000 r.
Kobalt był w niepewnym statusie dostaw od Konga Belgijskiego (światowe jedyne znaczące źródło kobaltu) otrzymał pośpiesznie niepodległość w 1960 roku i kobalt produkujących prowincji oddzielił się jako Katanga, a następnie kilka wojen i powstań, usuwania lokalnych rządów, koleje zniszczone, i nacjonalizacji. To było zwieńczone inwazją prowincji przez rebeliantów Katangan w 1978 roku, który zakłócił dostaw i transportu i spowodował kobalt cena krótko potroić. Podczas gdy dostawy kobaltu została zakłócona i cena wystrzelił w górę, nikiel i inne substytuty zostały pressed into service.
Po tym, pomysł „Resource War” przez Sowietów stał się popularny. Zamiast chaosu, który wyniknął z sytuacji kobaltu Zairu, byłoby to zaplanowane, strategia opracowana w celu zniszczenia działalności gospodarczej poza blokiem sowieckim przez nabycie istotnych zasobów przez nonekonomicznych środków (wojskowych?) poza blokiem sowieckim (Trzeci Świat?), a następnie wstrzymanie tych minerałów z West.
Ważnym sposobem obejścia sytuacji kobaltu lub „Resource War” sytuacja jest użycie substytutów materiału w jego zastosowań końcowych. Niektóre kryteria dla zadowalającego substytutu są (1) gotowy dostępność w kraju w odpowiednich ilościach lub dostępność z sąsiednich krajów, lub ewentualnie z zamorskich sojuszników, (2) posiadające właściwości fizyczne i chemiczne, wydajność i trwałość porównywalną do materiału pierwszego wyboru, (3) ugruntowane i znane zachowanie i właściwości, szczególnie jako składnik w egzotycznych stopów, i (4) zdolność do przetwarzania i wytwarzania przy minimalnych zmian w istniejącej technologii, zakładu kapitałowego i przetwarzania i wytwarzania urządzeń. Niektóre sugerowane substytucje były alunit dla boksytu do produkcji tlenku glinu, molibdenu i / lub niklu dla kobaltu, i grzejniki samochodowe ze stopu aluminium dla grzejników samochodowych ze stopu miedzi. Materiały mogą być wyeliminowane bez materialnych substytutów, na przykład poprzez wykorzystanie wyładowań elektryczności o wysokim napięciu do kształtowania twardych przedmiotów, które wcześniej były kształtowane przez mineralne materiały ścierne, dając lepsze osiągi przy niższych kosztach, lub poprzez wykorzystanie komputerów/satelitów do zastąpienia drutu miedzianego (linie naziemne).
Ważnym sposobem zastąpienia zasobu jest synteza, na przykład diamentów przemysłowych i wielu rodzajów grafitu, chociaż pewien rodzaj grafitu może być prawie zastąpiony przez produkt z recyklingu. Większość grafitu jest syntetyczna, na przykład elektrody grafitowe, włókna grafitowe, kształty grafitowe (obrabiane lub nieobrabiane) i proszek grafitowy.
Innym sposobem zastąpienia lub rozszerzenia zasobu jest recykling pożądanego materiału ze złomu lub odpadów. Zależy to od tego, czy materiał jest rozproszony, czy też nie, lub jest dostępny jako produkt trwały, który nie nadaje się już do użytku. Recykling trwałego produktu zależy od jego odporności na rozkład chemiczny i fizyczny, dostępnych ilości, ceny dostępności oraz łatwości wydobycia z oryginalnego produktu. Na przykład, bizmut w lekach żołądkowych jest beznadziejnie rozproszony (rozproszony) i dlatego niemożliwy do odzyskania, podczas gdy stopy bizmutu mogą być łatwo odzyskane i poddane recyklingowi. Dobrym przykładem, gdzie recykling robi wielką różnicę, jest sytuacja dostępności zasobów grafitu, gdzie grafit płatkowy może być odzyskiwany z odnawialnego zasobu zwanego kiszem, odpadem stalowniczym, który powstaje, gdy węgiel oddziela się jako grafit w kiszu od stopionego metalu wraz z żużlem. Po ostygnięciu, kish może zostać przetworzony.
Należy wprowadzić kilka innych rodzajów zasobów. Jeśli strategiczne i krytyczne materiały są najgorszym przypadkiem dla zasobów, chyba że złagodzone przez zastąpienie i / lub recyklingu, jeden z najlepszych jest obfite zasoby. Obfity zasób to taki, którego materiał nie znalazł do tej pory większego zastosowania, np. gliny wysokoglinowe lub anortozyt były wykorzystywane do produkcji tlenku glinu, a magnez zanim został odzyskany z wody morskiej. Zasób obfity jest podobny do zasobu wieczystego. Baza rezerw to ta część zidentyfikowanego zasobu, która ma uzasadniony potencjał, aby stać się ekonomicznie dostępna w czasie wykraczającym poza okres funkcjonowania aktualnie sprawdzonej technologii i bieżącej ekonomii. Zasoby zidentyfikowane to takie, których lokalizacja, gatunek, jakość i ilość są znane lub oszacowane na podstawie konkretnych dowodów geologicznych. Rezerwy to ta część bazy rezerw, która może być ekonomicznie wydobyta w czasie określania; rezerwy nie powinny być używane jako surogat zasobów, ponieważ są one często zniekształcone przez podatki lub potrzeby public relations firmy będącej właścicielem.
Kompleksowe modele zasobów naturalnychEdit
Harrison Brown i współpracownicy stwierdzili, że ludzkość będzie przetwarzać coraz niższej klasy „rudę”. Żelazo będzie pochodzić z materiałów żelazonośnych o niskiej jakości, takich jak surowa skała z dowolnego miejsca w formacji żelaza, niewiele różniąca się od materiału używanego obecnie do produkcji granulatu taconite w Ameryce Północnej i innych miejscach. W miarę zmniejszania się zasobów węgla koksującego, do produkcji surówki i stali stosowane będą procesy niewykorzystujące koksu (np. stal elektryczna). Przemysł aluminiowy może przestać wykorzystywać boksyt na rzecz anortozytu i gliny. Wzrośnie zużycie magnezu metalicznego i magnezji (np. w materiałach ogniotrwałych), obecnie pozyskiwanych z wody morskiej. Siarka będzie pozyskiwana z pirytów, a następnie z gipsu lub anhydrytu. Metale takie jak miedź, cynk, nikiel i ołów będą pozyskiwane z konkrecji manganowych lub formacji Fosforia (sic!). Zmiany te mogą zachodzić nieregularnie w różnych częściach świata. Podczas gdy Europa i Ameryka Północna mogą używać anortozytu lub gliny jako surowca do produkcji aluminium, inne części świata mogą używać boksytu, a podczas gdy Ameryka Północna może używać taconitu, Brazylia może używać rudy żelaza. Pojawią się nowe materiały (uwaga: już się pojawiły), będące wynikiem postępu technologicznego, niektóre działające jako substytuty, a niektóre o nowych właściwościach. Recykling stanie się bardziej powszechny i wydajny (uwaga: już się stał!). Ostatecznie, minerały i metale będą uzyskiwane poprzez przetwarzanie „przeciętnej” skały. Skała, 100 ton „przeciętnej” skały iglastej, przyniesie osiem ton aluminium, pięć ton żelaza i 0,6 tony tytanu.
Model USGS oparty na danych o zasobności skorupy i relacji rezerwa-obfitość McKelvey’a, jest stosowany do kilku metali w skorupie ziemskiej (na całym świecie) i w skorupie amerykańskiej. Potencjalne obecnie wydobywalne (obecna technologia, ekonomia) zasoby, które są najbardziej zbliżone do relacji McKelveya to te, które były poszukiwane najdłużej, takie jak miedź, cynk, ołów, srebro, złoto i molibden. Metale, które nie są zgodne z relacją McKelvey’a to takie, które są produktami ubocznymi (głównych metali) lub nie były kluczowe dla gospodarki do niedawna (tytan, aluminium w mniejszym stopniu). Bizmut jest przykładem metalu ubocznego, który nie podąża za tą relacją bardzo dobrze; 3% rezerw ołowiu w zachodnich Stanach Zjednoczonych miałoby tylko 100 ppm bizmutu, wyraźnie zbyt niskiej jakości jak na rezerwę bizmutu. Potencjał światowych zasobów odzyskiwalnych jest 2,120 milionów ton dla miedzi, 2,590 milionów ton dla niklu, 3,400 milionów ton dla cynku, 3,519 BILLION ton dla aluminium, i 2,035 BILLION ton dla żelaza.
Różni autorzy mają dalsze wkłady. Niektórzy uważają, że liczba substytutów jest niemal nieskończona, szczególnie w obliczu napływu nowych materiałów z przemysłu chemicznego; identyczne produkty końcowe mogą być wytwarzane z różnych materiałów i punktów wyjścia. Tworzywa sztuczne mogą być dobrymi przewodnikami elektrycznymi. Ponieważ wszystkie materiały są 100 razy słabsze niż teoretycznie powinny być, powinno być możliwe wyeliminowanie obszarów dyslokacji i znaczne ich wzmocnienie, co pozwoli na użycie mniejszych ilości. Podsumowując, firmy „górnicze” będą miały coraz bardziej zróżnicowane produkty, gospodarka światowa odchodzi od materiałów na rzecz usług, a populacja wydaje się wyrównywać, co oznacza mniejszy wzrost popytu na materiały; większość materiałów będzie odzyskiwana z dość rzadkich skał, będzie znacznie więcej produktów ubocznych i koproduktów z danej operacji, a także więcej handlu minerałami i materiałami.
Tendencja w kierunku zasobów wieczystychEdit
Jak radykalna nowa technologia wpływa na świat materiałów i minerałów coraz mocniej, używane materiały są coraz bardziej prawdopodobne, że będą miały zasoby wieczyste. Już teraz jest coraz więcej materiałów, które mają zasoby wieczyste, a coraz mniej materiałów, które mają zasoby nieodnawialne lub są materiałami strategicznymi i krytycznymi. Wcześniej wspomniano o materiałach, które posiadają zasoby wieczyste, takich jak sól, kamień, magnez i glina. Dzięki nowej technologii, syntetyczne diamenty zostały dodane do listy zasobów wieczystych, ponieważ mogą być łatwo wykonane z bryły innej formy węgla. Grafit syntetyczny, produkowany jest w dużych ilościach (elektrody grafitowe, włókna grafitowe) z prekursorów węgla, takich jak koks naftowy lub włókna tekstylne. Firma o nazwie Liquidmetal Technologies, Inc. wykorzystuje usuwanie dyslokacji w materiale za pomocą techniki, która przezwycięża ograniczenia wydajności spowodowane słabościami w strukturze atomowej kryształu. Wytwarza ona amorficzne stopy metali, które zachowują losową strukturę atomową podczas krzepnięcia gorącego metalu, a nie krystaliczną strukturę atomową (z dyslokacjami), która normalnie tworzy się podczas krzepnięcia gorącego metalu. Te amorficzne stopy mają znacznie lepsze właściwości użytkowe niż zwykłe; na przykład, cyrkonowo-tytanowe stopy Liquidmetal są o 250% mocniejsze niż standardowy stop tytanu. Stopy Liquidmetal mogą zastąpić wiele stopów o wysokiej wydajności.
W ciągu ostatnich pięćdziesięciu lat badania dna oceanów ujawniły w wielu miejscach konkrecje manganowe i fosforanowe. Niedawno odkryto złoża siarczków polimetalicznych i polimetaliczne siarczkowe „czarne błota” są obecnie zdeponowane z „czarnych palaczy” Sytuacja niedoboru kobaltu z 1978 roku ma nową opcję teraz: odzyskać go z konkrecji manganu. Koreańska firma planuje rozpocząć rozwój operacji odzyskiwania konkrecji manganu w 2010 roku; odzyskane konkrecje manganu będzie średnio 27% do 30% manganu, 1,25% do 1,5% niklu, 1% do 1,4% miedzi, i 0,2% do 0,25% kobaltu (klasy handlowej) Nautilus Minerals Ltd. planuje odzyskać materiał klasy handlowej o wartości od 1,5% do 1,5% kobaltu. planuje odzyskać materiał klasy komercyjnej o średniej zawartości 29,9% cynku, 2,3% ołowiu i 0,5% miedzi z masywnych złóż siarczków polimetalicznych na dnie oceanu za pomocą podwodnego urządzenia przypominającego odkurzacz, które łączy w sobie kilka obecnych technologii w nowy sposób. Partnerami Nautilusa są Tech Cominco Ltd. i Anglo-American Ltd., wiodące na świecie firmy międzynarodowe.
Istnieją również inne techniki górnictwa robotycznego, które mogłyby być stosowane pod oceanem. Rio Tinto wykorzystuje łącza satelitarne, aby umożliwić pracownikom oddalonym o 1500 kilometrów obsługę wież wiertniczych, ładowanie ładunków, wykopywanie rudy i zrzucanie jej na przenośniki taśmowe oraz umieszczanie materiałów wybuchowych w celu późniejszego wysadzania skał i ziemi. Firma może w ten sposób chronić pracowników przed niebezpieczeństwem, a także zatrudniać mniejszą liczbę pracowników. Taka technologia obniża koszty i kompensuje spadek zawartości metali w zasobach rudy. W ten sposób z niekonwencjonalnych źródeł można pozyskać wiele minerałów i metali, których zasoby są dostępne w ogromnych ilościach.
Co to są zasoby wieczyste? Zgodnie z definicją ASTM zasoby wieczyste to „takie, które są praktycznie niewyczerpalne w ludzkiej skali czasowej”. Jako przykłady podaje się energię słoneczną, energię pływów morskich i energię wiatru, do których należy dodać sól, kamień, magnez, diamenty i inne wymienione wyżej materiały. W badaniach nad biogeofizycznymi aspektami zrównoważonego rozwoju przyjęto zasadę ostrożnej praktyki, że zasób zasobów powinien trwać 700 lat, aby osiągnąć zrównoważenie lub stać się zasobem wieczystym, lub w gorszym przypadku 350 lat.
Jeśli zasób trwający 700 lub więcej lat jest wieczysty, to taki, który trwa 350 do 700 lat, można nazwać zasobem obfitym i tak też jest tutaj definiowany. To, jak długo materiał może być odzyskiwany ze swojego zasobu, zależy od potrzeb człowieka i zmian w technologii od wydobycia poprzez cykl życia produktu do ostatecznego usunięcia, a także od możliwości recyklingu materiału i dostępności zadowalających substytutów. W szczególności pokazuje to, że wyczerpanie nie nastąpi, dopóki nie osłabną i nie zaczną działać następujące czynniki: dostępność substytutów, zakres recyklingu i jego wykonalność, bardziej wydajna produkcja końcowego produktu konsumpcyjnego, trwalsze i dłużej działające produkty konsumpcyjne, a nawet szereg innych czynników.
Najnowsze informacje o zasobach i wskazówki dotyczące rodzajów zasobów, które muszą być brane pod uwagę, są zawarte w Przewodniku po zasobach – aktualizacja
Przejście: zasoby wieczyste do paleozasobówEdit
Zasoby wieczyste mogą przejść do bycia paleozasobem. Paleozasoby to takie, na które jest małe zapotrzebowanie lub nie ma zapotrzebowania na wydobywany z nich materiał; materiał przestarzały, ludzie już go nie potrzebują. Klasycznym paleozasobem jest krzemień do grotów strzał; nikt już nie robi krzemiennych grotów do strzał ani włóczni – znacznie prościej jest użyć zaostrzonego kawałka złomu stalowego. Do przestarzałych produktów należą puszki po konserwach, folia aluminiowa, tablica szkolna z łupków i rad w technologii medycznej. Rad został zastąpiony przez znacznie tańszy kobalt-60 i inne radioizotopy w radioterapii. Niekorodujący ołów jako pokrycie kabli został zastąpiony przez tworzywa sztuczne.
Pennsylwański antracyt jest kolejnym materiałem, w którym trend w kierunku przestarzałości i stania się paleozasobem może być pokazany statystycznie. Produkcja antracytu wynosiła 70,4 mln ton w 1905 roku, 49,8 mln ton w 1945 roku, 13,5 mln ton w 1965 roku, 4,3 mln ton w 1985 roku i 1,5 mln ton w 2005 roku. Ilość zużyta na osobę wynosiła 84 kg na osobę w 1905 r., 7,1 kg w 1965 r. i 0,8 kg w 2005 r. Porównaj to z rezerwami antracytu USGS wynoszącymi 18,6 mld ton i całkowitymi zasobami wynoszącymi 79 mld ton; popyt na antracyt spadł tak bardzo, że te zasoby są więcej niż wieczyste.
Ponieważ zasoby antracytu są tak daleko w zakresie zasobów wieczystych, a popyt na antracyt spadł tak daleko, czy można zobaczyć, w jaki sposób antracyt może stać się paleo-zasobem? Prawdopodobnie poprzez dalsze znikanie klientów (tj. przechodzenie na inne rodzaje energii do ogrzewania pomieszczeń), zanikanie sieci dostaw, ponieważ sprzedawcy węgla antracytowego nie są w stanie utrzymać wystarczającej liczby transakcji, aby pokryć koszty i zamykają się, a kopalnie, których wolumen jest zbyt mały, aby pokryć koszty, również się zamykają. Jest to proces wzajemnie się wzmacniający: klienci przechodzą na inne formy czystszej energii, które produkują mniej zanieczyszczeń i dwutlenku węgla, a następnie sprzedawca węgla musi zamknąć działalność z powodu braku wystarczającego wolumenu sprzedaży, aby pokryć koszty. Pozostali klienci sprzedawcy węgla są zmuszeni do przestawienia się na inne formy energii, chyba że mogą znaleźć innego, pobliskiego sprzedawcę węgla. W końcu, kopalnia antracytu zostaje zamknięta, ponieważ nie ma wystarczającej wielkości sprzedaży, aby pokryć swoje koszty.