24-5-2012
Materiaal Schaarste: Acute bedreiging, eeuwigdurend probleem of non-issue? René Kleijn Universiteit Leiden Centrum voor Milieuwetenschappen (CML) Afdeling Industriële Ecologie
Productie en prijzen van metalen 1900-2008
HISTORISCH BESEF
Primaire productie ijzererts
Primaire productie aluminium 7
400 dematerialisation OECD (0.6%)
2500 ton
oil crisis 2000 250
financial crisis 200
1500
WWII
150 1000 100 500 50
Iron-ore mine production (Million ton)
300
0 1905
buildup China (6.1%)
45
ton 40
kg/cap
350
great depression 1920 depression
dematerialisation OECD (2.7 %)
buildup OECD (9.9%)
buildup China (9.7%)
6
kg/cap 35
5
oil crisis
30
financial crisis 4
25
20
3
1920 depression
great depression WWII 15
2 10 1
g/$
5
Aluminium primary production (Million ton)
buildup OECD (6.3%)
Aluminium primary production (kg/cap) or (g/real$)
pre-war / war (0.2%)
Iron-ore mine production (kg/cap) or (g/real$)
pre-war / war (8.3%)
3000
g/$
1915
1925
1935
1945
1955
1965
1975
1985
1995
2005
2015
0 2025
0 1905
1915
1925
1935
1945
1955
1965
1975
1985
1995
2005
2015
0 2025
1
24-5-2012
Primaire productie koper pre-war / war (2.1%)
2.5
buildup OECD (4.7%)
dematerialisation OECD (2.8 %)
computer age (3.4%)
Prijs-index metalen, inflatie gecorrigeerd, 1905=1
18
kg/cap ton
16
14
financial crisis
12
1.5
1920 depression great depression
WWII
10
8 1 6
4
0.5 g/$
0 1905
1915
1925
1935
1945
1955
1965
1975
1985
1995
2005
2015
Prijs-index metalen, inflatie gecorrigeerd, 1980=1
Copper mine production (Million ton)
Copper mine production (kg/cap) or (g/real$)
oil crisis 2
2
0 2025
Waarom stijgen de prijzen niet ? • Technologische ontwikkeling mijnbouw en opwerking • Opschalen mijnbouw • Dalende kosten bulk transport • globalizering
TREND: opbouw ontwikkelende landen (BRIC) De vraag naar metalen GEVOLG: snel groeiende vraag naar basismetalen
2
24-5-2012
Verdubbeling van de stedelijke bevolking
Bron: UN World urbanisation prospects 2009
Meer metaalgebruik per persoon als gevolg van mondiale welvaartsgroei
Bron: Rio Tinto & Global Insight, 2008
Meer metaalgebruik per persoon als gevolg van mondiale welvaartsgroei
TREND: Complexere producten GEVOLG: Meer en meer verschillende elementen in alledaagse producten Bron: Rio Tinto & Global Insight, 2008
Elementen gebruikt bij het produceren van computerchips: 1980s: 12 van 92 elementen
Data: National Research Council, 2007 / Intel
Elementen gebruikt bij het produceren van computerchips: 1990s: 16 van 92 elementen
Data: National Research Council, 2007 / Intel
3
24-5-2012
Elementen gebruikt bij het produceren van computerchips: 2000s: 61 van 92 elementen
winning 2000s/winning 1970s 10 Displays
9 Turbine Engines
8 Ratio extraction (2000s/1970s)
Electronics & PV
7 Specialty Alloys
6
Batteries Magnets & Phosphors High-Strenght Low-Alloy Steel
5
Ceramics, Glass & Batteries
4
Exhaust Catalysts
3 2 1
In
Sr
Re
Ga
Li
Nb
REE
Al
GDP
PGM
Zr
Cr
Sb
Va
Co
Cu
Ni
Ag
Fe
Mo
Zn
population
P
K
W
Sn
Mn
Pb
Cd
Ge
Hg
0
Data: National Research Council, 2007 / Intel
Elementen in alledaagse producten, recycling ? • mobieltjes (1.5 miljard per jaar) – 9 mg palladium – 24 mg goud – 250 mg zilver – 9 g koper – 3.5 g kobalt (batterij) – tantaal (condensatoren) (conflict mineraal !) – indium (beeldscherm)
4
24-5-2012
TREND: transitie naar duurzame energie
GEVOLG: (veel) meer metaal per kWh
g metaal/kWh vergeleken met huidige elektriciteitsmix
Steel intensity of electricity generation
3
2.5
+60%
[g / kWh]
2
+30% chromium steel
1.5
low alloyed steel reinforcing steel
1
0.5
0 NGCC gas
NGCC+ +CCS
PC kolen
PC+ +CCS
Speciale metalen in duurzame energie technologiën • Wind turbines – – – –
Een grote centrale (1GW) = 1250 - 2500 turbines (2MW) 300 kg neodymium (Nd) per turbine 325 – 750 ton Nd voor één centrale Huidige jaarlijkse productie 16000 ton (20-50 centrales / j)
• Auto’s (50-60 miljoen/j , dubbel zoveel 2050) – – – – –
0.5 kg neodymium per hybride( 34 miljoen auto’s / j) 0.5-1 kg lanthanum per hybrid ( 25-50 miljoen auto’s/j) 90 g dysprosium per hybride (550.000 auto’s /j) 7 kg lithium per elektrische auto car (2,6 miljoen auto’s /j) 10 kg kobalt per elektrische auto (6 miljoen auto’s/j)
5
24-5-2012
HET AANBOD VAN METALEN
6
24-5-2012
Ertskwaliteit in Australië TREND: Dalende kwaliteit ertsen
GEVOLG: Meer energie (en materiaal) per kg metaal Bron: Mudd, 2010
De mineralogische barrière (Skinner)
Energie voor winning metalen
Based on Data from: Meadows, D., Randers, J., Meadows, D., Limits to Growth – The 30-Year Update, Source: Meadows, D., Randers, J., Meadows, D., Limits to Growth – The 30-Year Update,
Koper ROI 10000
Copper ROI g/g
1000
TREND: Makkelijk toegankelijke ersten worden schaars
100
10
1 current 0.1
common rock & wind, best case
common rock & PV, worst case
RESULT: Diepere mijnen, mijnen in natuurgebieden, mijnbouw in de oceanen
7
24-5-2012
De toekomst: de vraag naar metalen
De toekomst: Het aanbod van metalen • Globalisering is eenmalige winst
• De opbouw van ontwikkelende landen zal de komende decennia doorgaan
• Kosten bulktranpsort nemen niet verder af: grenzen aan de groei van schepen/havens en toenemende kosten brandstof
• Producten worden steeds complexer • Snel groeiende stijging van de vraag naar metalen voor de energietransitie
• Grenzen aan het opschalen van mijnbouw projecten: kleinere vondsten, diepere ertslagen, terug naar ondergrondse mijnen? • Efficientie opwerking nadert fysieke grenzen
Is dit nu echt een probleem ? • Zijn voedsel, water en landgebruik niet veel belangrijker ? • Deze problemen zijn sterk met elkaar verbonden ! (Graedel & van der Voet 2010)
Oplossingen • Laat het over aan de ingenieur: – selecteer technologiën op basis van veelvoorkomende elementen – substitutie (erts, element, component, technologie) – dematerializatie van de levenscyclus (niet alleen het product)
• Vergroot het aanbod – Zoeken naar ertslagen, mijnbouw in oceanen
• Recycling: • Metalen zijn niet alleen nodig om leuke gadgets te produceren: we hebben onze industriële capaciteit nodig om 9 miljard mensen van voedsel, energie en andere basisbehoeften te voorzien
Wanneer kan recycling helpen ?
– Verlaagt de input van nieuw metaal – Gebruik ‘urban mines’ – Ga toe naar ‘closed loop business models’
• Verminder de vraag naar metaal en producten – autonoom S-curve – Verlaat het groeiparadigma
Voorbeeld: staal in China
• Recycling is een noodzakelijk onderdeel van een duurzaam materiaalgebruik • Recycling kan een substantieel deel van de vraag voldoen wanneer: – Groei in de vraag beperkt is – Materialen in gecncentreerde vorm worden gebruikt en niet diffuus worden verspreid – Wanneer de transportafstanden beperkt zijn Bron: Mingming Hu, PhD Thesis, CML, Leiden
8
24-5-2012
Problemen voor recycling •
Logistieke problemen - Snel groeiende vraag en vertraging tussen productie en afval - hibernating stocks vergrootten vertraging (oude TVs, mobieltjes, mp3 spelers op zolder) - Lekkage naar de informele sector, export afval - Productie in een paar landen en gebruik over de hele wereld
•
Technologische problemen - Dissipatief gebruik - Scheidingsproblemen (vermenging op atomaire schaall) - Metallurgie (combinatie van metals die anders is dan in de ertsen)
•
Economische en milieu overwegingen - Kosten van inzameling vs de prijs van nieuw materiaal - Milieu-impact van gerecycled materiaal versus nieuw materiaal - raw material efficiency leads to lower recycling value
Oplossingen • efficiëntie & recycling zijn are essentiële ingredienten van de oplossing • MAAR: alleen wanneer gecombineerd met economische incentives om de vraag te verlagen • Nieuwe businessmodellen / belastingdruk van arbeid en BTW naar grondstofgebruik (en/of milieudruk • we moeten gaan nadenken over prettige krimp scenarios
9
