Ponad 70 krajów świata odpowiedzialnych za 82 proc. globalnych emisji gazów cieplarnianych (GHG) wyznaczyło sobie cele związane z osiągnięciem stanu zerowej emisji netto ich gospodarek. Jednak nowe niskoemisyjne źródła energii i wspierające je technologie wymagają nowego zestawu materiałów, które dotąd były produkowane w ograniczonych ilościach, jak choćby lit, niezbędny do akumulatorów. Stąd rosnąć będzie na świecie rola szeroko pojętej gospodarki materiałowej. Już w ciągu ostatnich dwóch dekad jej udział w światowym PKB uległ prawie podwojeniu do 7 procent, co związane było przede wszystkim z szybką industrializacją Chin. Do przyśpieszenia tego zjawiska w kolejnych latach i dekadach przyczyniać się będą nie tylko globalne procesy dekarbonizacji, ale także, wzrost światowej populacji do ponad 9 mld ludzi w połowie stulecia oraz niemal podwojenie liczebności klasy średniej do ponad 5 mld osób. Generować to będzie popyt na produkty niskoemisyjne, jak choćby samochody.
Materiałochłonność i luka podażowa
Wysoki wzrost popytu na zielone metale i minerały nie wynika z samej konieczności przeprowadzenia zielonej transformacji, ale także z tego, że jest ona materiałochłonna. Niestety, niskoemisyjne technologie wymagają często do osiągnięcia podobnej wydajności większego wkładu surowców niż tradycyjne, wynika z analizy. McKinsey. Na przykład pojazdy elektryczne zasilane akumulatorami (BEV) są zazwyczaj o 15–20 proc. cięższe niż porównywalne pojazdy z silnikiem spalinowym. Z kolei morska turbina wiatrowa wymaga około sześciokrotnie więcej materiałów w przeliczeniu na megawat niż instalacja gazowa. Dlatego w nadchodzących dziesięcioleciach materiałochłonność niskoemisyjnych technologii stanie się kluczowym czynnikiem wpływającym na popyt na minerały. Jeśli więc nie zostaną podjęte działania mitygujące niedobory niektórych materiałów, postęp dekarbonizacji stanie się poważnie utrudniony.
W przypadku niektórych minerałów te niedobory mogą być szczególnie dotkliwe. I tak prognozy banku Goldman Sachs wskazują, że do końca obecnej dekady można się spodziewać znaczącego wzrostu popytu na „zielone” metale względem 2016 r. W przypadku litu to wzrost o 87 proc., kobaltu o 57 proc., niklu o 33 proc., a miedzi i aluminium o 15 proc. Najbardziej istotna może być luka popytowa w odniesieniu do dwóch pierwszych metali niezbędnych do produkcji baterii. Jeszcze większa może okazać się w stosunku do dysprozu, bo sięgać nawet 70 proc. zapotrzebowania. Dysproz wraz z neodymem, prazeodymem i terbem należą do grupy 17 pierwiastków ziem rzadkich. Są one niezwykle cenne, gdyż stanowią około 90 proc. wartości rynkowej tej grupy minerałów. To tak zwane pierwiastki ziem rzadkich, niezbędne do produkcji wysokowydajnych magnesów trwałych stosowanych w pojazdach elektrycznych i turbinach wiatrowych, a także w produkcji dysków twardych i smartfonów. Biorąc pod uwagę rosnące zamówienia ze strony firm motoryzacyjnych i zajmujących się energią wiatrową, firma konsultingowa BCG wskazuje, że światowy popyt na metale ziem rzadkich osiągnie do 2035 r. 466 kiloton w porównaniu ze 170 kilotonami w 2022 r., co oznacza blisko trzykrotny wzrost, czyli 8 proc. średniorocznie. Wykładniczo może rosnąć popyt na iryd, jeden z najrzadszych pierwiastków na świecie niezbędny do produkcji zielonego wodoru w tzw. elektrolizerach. Warto też zauważyć, że ubocznym skutkiem szybkiego wzrostu popytu na omawianą grupę minerałów będzie dynamicznie rosnące zapotrzebowanie na siarkę pochodzącą z odsiarczania ropy naftowej. Jest ona niezbędna do rafinacji niklu, litu, manganu i miedzi. I jej także może zabraknąć.
Aby sprostać światowemu popytowi wymagane są potężne pod względem kapitałowym inwestycje, a dodatkowym wyzwaniem będzie stabilność łańcuchów dostaw. Jak oblicza McKinsey, inwestycje w górnictwo, rafinację i hutnictwo będą musiały wzrosnąć do około 3–4 bln dol. do 2030 r., czyli przynajmniej około 400 mld dol. rocznie. Jednak uruchomienie nowych złóż w zależności od minerału i wymogów regulacyjnych zajmuje od 5 do 15 lat. I tak, obecnie działa około 500 kopalń kobaltu, miedzi, litu i niklu, a wymagane byłoby dodanie przynajmniej 196 nowych. Dotychczasowe tempo oddawania nowych złóż na przykład w odniesieniu do litu uznawane jest za niewystarczające, mimo, że na 2023 r. planowano oddanie do eksploatacji 11 miejsc wydobycia. W przypadku pierwiastków ziem rzadkich, aby uniknąć ich niedoborów do 2030 roku, trzeba będzie uruchomić ponad 20 nowych projektów wydobywczych, a do 2035 r. kolejnych dziesięć. To łącznie 100 mld dolarów na wydobycie i rafinację.
Złoża krytycznych minerałów występują obficie w niewielu krajach na świecie, które mogą z różnych przyczyn limitować ich eksport. Mimo uruchamiania nowych złóż w innych częściach globu ich rola jako kluczowych dostawców może zostać utrzymana. Tak jak w przypadku Demokratycznej Republiki Konga, która w dalszym ciągu będzie zapewniać 75 proc. światowej podaży kobaltu. Zwiększy swój udział z 33 do 58 proc. w produkcji niklu do końca dekady Indonezja, gdy łączny udział Filipin i Rosji nie przekroczy 15 proc. Spadnie natomiast rola Australii w produkcji litu z 43 do 24 proc. na korzyść Argentyny, której udział w rynku potroi się do 19 proc. Chiny zachowają swoją dominującą pozycję w zakresie przetwarzania kluczowych metali i minerałów – średnio 40 proc. (choć w przypadku pierwiastków ziem rzadkich to ponad dwa razy więcej), a ich udział w światowych dostawach rafinowanych wyrobów to aż 70 proc., według danych Statista. Państwo Środka może wprowadzać jednak restrykcje eksportowe w odniesieniu do wybranych minerałów, jak to miało miejsce kilka miesięcy temu w odniesieniu do galu i germanu. Spadnie natomiast do 2030 r. o około jedną trzecią udział Pekinu w dostawach litu, Chiny pozostaną jednak jego głównym dostawcą. Lepiej dla Zachodu przedstawia się sytuacja na rynku magnesów trwałych, gdzie głównym ich wytwórcą jest japoński koncern Hitachi posiadający technologiczną przewagę nad producentami z Chin. Jednak te dwa kraje generują niemal 90 proc. światowej podaży tych magnesów.
W przypadku rządów i przedsiębiorstw niezwykle ważne jest więc wzmocnienie świadomości zmieniającej się dynamiki globalnego łańcucha dostaw materiałów w perspektywie długoterminowej również, a może przede wszystkim z punktu widzenia bezpieczeństwa strategicznego i konkurencyjności ich gospodarek.
Do realizacji wydobycia „zielonych” minerałów konieczne też będzie zwiększenie potencjału siły roboczej o 300 do 600 tys. specjalistów z branży górniczej i hutniczej do 2030 r. oraz udostępnienie dodatkowych 200–500 gigawatów energii (najlepiej niskoemisyjnej), aby zapewnić energię do tych przedsięwzięć, co odpowiada od 5 do 10 proc. szacowanej mocy elektrowni słonecznych i wiatrowych do końca dekady.
„Zielona” stal
„Zielonym” metalem może i powinna stać się stal, kluczowy składnik większości konstrukcji na świecie, poczynając od budynków, poprzez statki i samoloty, po samochody i rowery. Jej produkcja odpowiada według analizy Bloomberg NEF za 5 proc. emisji w Europie i nawet 9 proc. na świecie. Stoi za tym sposób produkcji stali oparty na spalaniu węgla koksującego. Aby otrzymać „zieloną” stal, wymagane byłoby więc przejście na technologie bezpośredniej redukcji emisji (DRI) oparte na wodorze. Tymczasem około 60 proc. europejskiej produkcji stali opiera się na tradycyjnej metodzie wytopu, a tona stali powoduje emisję około 1,9 tony CO2. Pozostała część europejskiej podaży stali pochodzi z technologii mniej emisyjnych wykorzystujących gaz ziemny, częściowo jako surowiec stosowany jest złom z recyklingu co przekłada się na emisję 1,4–0,4 tony dwutlenku węgla. Jednak w tym drugim przypadku uzyskana stal nie jest w pełni wartościowa do niektórych zastosowań.
Stal ma szansę stać się „zieloną”, jeśli w jej produkcji będzie stosowana energia odnawialna, a nie węgiel albo gaz ziemny. Ekologicznym paliwem musi więc być wodór, który stosowany na różnych etapach produkcji stali od wydobycia rud żelaza, po uzyskanie gotowego surowca, obniży emisję w całości procesu o 90 proc. Problem polega na tym, że ten niskoemisyjny proces wytwarzania stali może być droższy nawet o 20–30 proc. Jednym z europejskich liderów w zakresie produkcji niskoemisyjnej stali w Europie może stać się szwedzka firma SSAB, która zamierza wdrożyć stosowne technologie pod koniec 2026 r. Oznaczać to ma wyższą wydajność w produkcji najlepszej jakości stali i niezdefiniowaną jeszcze obniżkę kosztów względem tradycyjnych technologii. Dzięki temu wolumen emisji Szwecji spaść ma o trzy procent.
Przejście całego przemysłu stalowego w UE na produkcję zielonej stali będzie wymagać wg analiz Parlamentu Europejskiego inwestycji o wartości ponad 180 mld euro w huty stali, elektrolizery wodoru i dodatkowe odnawialne źródła energii. To potężne przedsięwzięcie wymagające zmobilizowania kapitału prywatnego i publicznego, co obecnie w środowisku względnie wysokich stóp procentowych jest trudne do realizacji a prace nad stalową rewolucją technologiczną potrwają wiele lat. Dodatkowym utrudnieniem jest fakt, że EU nie jest samowystarczalna pod względem produkcji stali, która pochodzi z krajów (w 2022 r. import z Chin opiewał na 6 mld dol.) o zdecydowanie mniejszych „zielonych” ambicjach. Oznacza to, że przynajmniej przejściowo musiałaby sprowadzać stal wytworzoną przy użyciu węgla, co może powodować, że byłaby ona objęta granicznym podatkiem węglowym, który niedługo Unia ma zamiar wprowadzić. Warto też zauważyć, że transport stali z Chin generuje 10,5 tys. ton CO2, czyli średnio 0,11 tony w przeliczeniu na tonę stali.
Zwiększenie samowystarczalności UE
W marcu 2023 roku Komisja Europejska przyjęła rozporządzenie dotyczące surowców krytycznych, które we wrześniu przyjął Parlament Europejski. Dokument dotyczy wykorzystania możliwości jednolitego rynku UE oraz partnerstw zewnętrznych w celu dywersyfikacji i zwiększenia odporności unijnych łańcuchów dostaw surowców krytycznych. Komisja ustanowiła docelowe poziomy referencyjne w celu zwiększenia: a) krajowej zdolności wydobycia, b) przetwarzania i c) recyklingu surowców, w postaci odpowiednio: 10, 40 i 15 proc. ich rocznego zużycia w UE do 2030 r. Dodatkowo wprowadzono zasadę, że nie więcej niż 65 proc. rocznego zużycia każdego surowca strategicznego w Unii na dowolnym etapie przetwarzania może pochodzić z jednego państwa trzeciego. W sierpniu z kolei UE ustanowiła prawo dotyczące baterii (Batteries Regulation). Ma ono gwarantować, że baterie będą zbierane, ponownie wykorzystywane i poddawane recyklingowi na obszarze Unii.
Część tych celów może okazać się trudna do realizacji. Na przykład recykling krytycznych surowców w UE jest ciągle nieopłacalny z komercyjnego punktu widzenia, a niskie i zmienne ceny podważają wysiłki na rzecz poprawy jego wskaźników, które w niektórych przypadkach są niewiele wyższe od zera. Należałoby go stymulować za pomocą systemów zwrotu kaucji lub innych zachęt finansowych. Przeprowadzone przed kilku laty w Bawarii badanie wykazało, że można w tym zakresie osiągnąć dobre rezultaty, bo aż 45 proc. odpadów pochodzących ze sprzętu elektrycznego i elektronicznego zdatnych było do ponownego użycia dzięki usprawnieniu logistyki zbiórki. Dodatkowym efektem takich przedsięwzięć mogłoby być stworzenie lokalnych miejsc pracy. Powstają też firmy, które wskazują, że recykling krytycznych minerałów ma sens ekonomiczny i ekologiczny. We Francji pionierem w zakresie odzyskiwania wysokiej czystości krzemu, srebra i miedzi ze zużytych paneli fotowoltaicznych jest startup ROSI Solar, który w tym roku uruchomił swój pierwszy zakład przemysłowy. Podobnie amerykański SOLARCYCLE może poddać recyklingowi aż 95 proc. cennych materiałów z paneli słonecznych.
Środowiskowa Koalicja ds. Standardów (ECOS) wskazuje też na potrzebę substytucji surowców krytycznych w procesach produkcyjnych. Za przykład takiego rozwiązania może służyć Tesla. Producent aut elektrycznych wykorzystuje już niezawierające kobaltu akumulatory z fosforanem litowo-żelazowym (LFP) w prawie połowie swoich nowych samochodów. Komponenty LFP są nietoksyczne i występują w dużych ilościach. Liderem wdrażania tego typu baterii są jednak Chińczycy, a miesięczna dynamika ich produkcji w 2023 r. w Państwie Środka bliska jest 12 proc. – wynika z danych Chińskiego Sojuszu na rzecz Innowacji w zakresie Baterii (CABIA).
Unijne inicjatywy zmierzają w dobrym kierunku, czyli przejściu na gospodarkę o obiegu zamkniętym, jednak ich niezamierzonym efektem może być zjawisko określane mianem paradoksu Jevonsa. Mówi ono, że im wydajniej producenci i użytkownicy wykorzystują dany surowiec, tym bardziej rośnie jego konsumpcja. Inaczej mówiąc, im mniejsze zużycie surowców niezbędnych do wyprodukowania jednostki zielonej energii, tym większy na nie może być popyt. Paradoks niekoniecznie jednak musi odnosić się do materiałów pochodzących z recyklingu. A istotną jego zaletą może być większa stabilizacja cen, co z kolei będzie dodatkową zachętą do realizacji transformacji energetycznej.
/>