Зеленые технологии, например солнечные и ветряные электростанции, электромобили, сильно отличаются от тех, что работают на традиционных углеводородных ресурсах. Главное отличие — для их работы нужно больше металлов, чем для аналогов на основе ископаемого топлива. Скажем, для стандартного электроавтомобиля металлов нужно в шесть раз больше, чем для обычного, а для ветряной электростанции — в девять раз больше, чем для газовой.
Металлы, которые применяются в системах возобновляемой энергии, считаются критически важными. Есть риск, что количество добываемых в мире металлов не сможет удовлетворить растущие потребности. Рассмотрим, какие металлы необходимы для снижения выбросов углекислого газа и где их используют.
Медь
Медь важна, поскольку это идеальный проводник тепла и электричества. Плюс у этого металла стопроцентная степень переработки, то есть его можно многократно использовать без потери качества.
В основном медь нужна в солнечных и ветряных электростанциях, системах хранения энергии и производстве электромобилей. Например, для средней ветряной турбины мощностью 3 МВт требуется 9 000 тонн меди, что равно весу наполненного людьми автобуса. Такая турбина может обеспечивать энергией около 1 000 домов на одну семью.
Лучше всего медь подходит для производства кабелей и труб. Медные проводники есть в основных электрических компонентах практически всех систем возобновляемой энергии: в турбинах, генераторах, трансформаторах, инверторах и других. Кроме того, медь — ключевая часть сетей, передающих электроэнергию от электростанций к домам.
Эксперты McKinsey & Company полагают, что переход на возобновляемую электроэнергию к 2031 году увеличит годовой мировой спрос на медь с примерно 25 млн тонн до 36,6 млн тонн. При этом прогнозируемый объем поставок — около 30,1 млн тонн, то есть ожидаемый дефицит — 6,5 млн тонн.
Никель
Никель необходим для производства батарей, в том числе для электромобилей, поскольку никельсодержащие аккумуляторы могут хранить большое количество энергии.
Также он есть в установках для выработки геотермальной, солнечной, ветровой и гидроэнергии, в ядерных электростанциях. Там в основном используют никельсодержащие нержавеющие стали: они повышают стойкость механизмов к коррозии, увеличивают срок их службы и снижают затраты на техническое обслуживание.
Как и медь, никель — на 100% перерабатываемый материал, который можно использовать вторично, не загрязняя окружающую среду. К 2040 году спрос на него в сфере зеленой энергетики вырастет в 89 раз — такой прогноз дает Международное энергетическое агентство.
Литий
Литий — важнейший компонент литий-ионных аккумуляторов, которые из-за их эффективности и энергоемкости необходим буквально везде: от смартфонов до электромобилей. В возобновляемой энергетике они используются в том числе из-за большого количества циклов заряда-разряда. То есть литий-ионные аккумуляторы могут заряжаться до полной емкости и разряжаться тысячи раз, не теряя эффективности. Это позволяет солнечным, ветровым или гидростанциям многократно накапливать большое количество энергии, а потом высвобождать ее в нужный момент.
К 2050 году годовой спрос на литий, по прогнозам Международного энергетического агентства, увеличится более чем в 10 раз, в основном в секторе автомобилестроения: для автомобиля с двигателем внутреннего сгорания требуется 4 г лития, тогда как для электромобиля его нужно почти 7 кг.
Хром
Хром в основном используется для производства нержавеющей стали, чтобы повысить ее твердость. В солнечных электростанциях он входит в состав покрытий коллекторов, где помогает эффективно преобразовывать солнечную энергию в тепловую. Спрос на хром вряд ли будет сильно расти, но он относится к стратегическим элементам, поскольку пока его нельзя ничем заменить при производстве нержавеющей стали или суперсплавов.
Возможно, хром однажды заменит в экранах смартфонов и солнечных батареях такие редкие и дорогие металлы, как осмий и рутений. Он дешевле, а также в 20 000 раз чаще встречается в земной коре.
Цинк
Его основное применение — гальванизация, то есть его используют для покрытия стали и других сплавов, чтобы защитить их от коррозии. Например, цинковые покрытия продлевают срок службы мостов, железнодорожных путей, опорных конструкций и многого другого. В этих же целях его применяют при строительстве солнечных панелей и ветряных турбин: они подвержены воздействию стихии.
Каждому электромобилю требуется около 6 кг цинка; для парка солнечных панелей, которые обеспечивают электроэнергией 110 тыс. домов, его нужно около 240 тонн, а для морской ветряной турбины — в среднем 4 тонны. Мировой рынок этого металла оценивался в 18,4 млн тонн в 2023 году, к 2030 году он достигнет 21,7 млн тонн.
Молибден
Молибден входит в состав стальных сплавов и повышает их прочность, твердость, электропроводность и устойчивость к коррозии и износу. В технологиях зеленой энергетики этот металл нужен для разработки устройств хранения энергии следующего поколения, таких как суперконденсаторы — это источники энергии, которые отличаются от аккумуляторов тем, что выдают ее не постоянно, а короткими, но мощными импульсами. Самый большой потенциал для их применения — в гибридном транспорте. Также молибден необходим для строительства и работы ветряных турбин и солнечных панелей.
К 2050 году, по данным Statista, около 47% молибдена, используемого в мировой энергетической промышленности, будут потреблять ветровые установки.
Кобальт
Этот серебристо-серый металл — еще один важный компонент литий-ионных аккумуляторов. Он предотвращает их перегрев, тем самым снижая риск возгораний, и повышает их эффективность, позволяя реже заряжать. В одном электромобиле может быть от 6 до 22 кг кобальта. Теоретически этот металл можно заменить другими, однако тогда производительность аккумуляторов будет значительно ниже, а размер может стать больше.
Согласно отчету Всемирного экономического форума, ожидается, что к 2030 году мировой спрос на кобальт вырастет в четыре раза — во многом благодаря распространению электромобилей.
