Hírek

Egyes fémek szerepe az energiaátmenetben

2022/2. lapszám | Magyar Energetika |  298 |

Az OECD/IEA nemrég közölt jelentése jelentős terjedelemben tárgyalja azokat az ún. kritikus ásványokat, amelyek kiemelkedően fontos szerepet játszanak a jelenleg világszerte sürgetett energetikai átmenetben. Ezek az ásványok az alapanyagai azoknak az anyagoknak (elsősorban fémekről van szó), amelyek az új, tiszta energetikai technológiák megvalósítása során egyre érzékelhetőbben válnak kritikus jelentőségűvé.

A tiszta energiatechnológiákkal működő energiarendszer nagymértékben különbözik a hagyományos energiaforrásokkal működőtől. A napelemes (fotovillamos) és a szélerőművek, valamint az elektromos járművek létesítése, illetve gyártása több ásványi anyagot igényel, mint a hagyományos erőműveké vagy a belsőégésű motorral hajtott járműveké. Egy tipikus elektromos autóhoz a hagyományos autóhoz képest hatszor annyi, egy szélerőműhöz kilencszer több ásványi anyag szükséges, mint egy gázturbinás erőműhöz. 2010 óta a megújuló energiaforrások részarányának növekedése következtében egy új villamosenergia- termelő kapacitás 1 MW-jához szükséges ásványi anyagok átlagos menynyisége 50%-kal nőtt.

A felhasznált ásványi anyagok technológiánként eltérőek. Versenyképes teljesítményű, hosszú élettartamú és kellően nagy energiasűrűségű akkumulátor előállításához a lítium, a nikkel, a kobalt, a mangán és a grafit nélkülözhetetlen. Állandó mágneseket, amelyek a szélturbinák és a villamos motorok alapvető alkotóelemei, nem lehetséges ritka földfémek1 nélkül előállítani. A villamosenergia-hálózatok elemeinek gyártásához emellett hatalmas mennyiségű rézre és alumíniumra van szükség – a réz minden elektromossággal összefüggésbe hozható technológia alapvető összetevője.

A tiszta energiarendszerre való átállás várhatóan jelentősen megnöveli az ásványi anyagokkal szemben támasztott követelményeket, ami azt jelenti, hogy az energiaágazat az ásványi anyagok piacának egyik fő szereplőjévé válik.

A Párizsi Megállapodás céljainak megfelelő forgatókönyv szerint a tisztaenergia- technológiák részesedése a teljes keresletből jelentősen növekedni fog a következő két évtizedben: a réz és a ritka földfémek esetében több mint 40%-kal, nikkelből és a kobaltból 60-70%-kal, lítiumból közel 90%-kal többre lesz igény. Az elektromos járművek és az akkumulátoros energiatárolás már most a legnagyobb lítiumfogyasztó (kiszorítva a háztartási elektronikát), és várhatóan 2040-re a nikkel tekintetében is a legnagyobb végfelhasználóvá válik.

Miközben az egyes országok növelik a kibocsátások csökkentésére irányuló erőfeszítéseiket, gondoskodniuk kell arról is, hogy energiarendszereik kellőképpen rugalmasak, szabályozhatóak és biztonságosak maradjanak. Manapság az energiarendszerek biztonsági mechanizmusait igyekeznek úgy kialakítani, hogy azok képesek legyenek a szénhidrogének, különösen az olajellátás zavarait, vagy az áremelkedések kockázatait megfelelően kezelni. Az új ásványok iránti igény más, a korábbiaktól eltérő új kihívásokat jelentenek, de az energiarendszerek dekarbonizációjában betöltött egyre növekvő jelentőségük szükségessé teszi, hogy a döntéshozók mérlegeljék az általuk előidézett új sebezhetőségeket. Az áringadozásokkal és a kínálat szűkösségével kapcsolatos problémák egy megújuló energiaforrásokat jelentős mértékben használó energiarendszerben már jelenleg is érzékelhetők.

Az 1. ábrán a közlekedés/szállítási és az energetikai ágazatban a tiszta technológiák megvalósítása során felhasznált elemek mennyiségét mutatjuk be egységnyi szállítóeszköz-tömegre, illetve teljesítőképességre vetítve.

1. ábra. A felhasznált elemek fajlagos mennyisége a közlekedés/szállítás területén és a villamosenergia-termelésben

Az OECD/IEA becslése szerint a Párizsi Megállapodás szerinti célok eléréséhez az ásványi anyagok felhasználandó mennyisége 2040-ig megnégyszereződhet. Ha globálisan el akarnánk érni 2050-re a nettó zéró célt, ehhez hatszor annyi ritkafém- ásványt kellene felhasználni, mint napjainkban.

A legnagyobb növekedést az elektromos járművek és a villamosenergia-tárolás okozná: ezekben az ágazatokban az igény harmincszoros növekedése sem elképzelhetetlen. A legnagyobb növekedés a lítium-, a grafit- és a kobalt esetében várható. 2040-ig a réz iránti kereslet is megkétszereződhet főként a hálózatok fejlesztése miatt.

A villamosenergia-szektorban is jelentős növekedés várható, elsősorban a tengeri szélerőműveknél, amelyek az új technológiák közül a leginkább anyagigényesek. A naperőművek számának gyorsuló növekedése ugyancsak hozzájárul az említett anyagok iránti kereslet növekedéséhez. A víz-, nukleáris- és biomaszsza- erőművek esetében jelentős változás nem várható, ugyanakkor a hidrogén, mint energiahordozó szerepének növekedése a nikkel és a cirkónium iránti igényt fokozhatja (elektrolizáló berendezések gyártása), valamint a tüzelőanyag-cellákban használt platinacsoportba tartozó fémek (pl. iridium, palládium, ródium) keresletét növelheti (2. ábra).

2. ábra. Egyes anyagok keresletének várható növekedése 2040-ig 2020-hoz viszonyítva az OECD/IEA „Fenntartható fejlődés” forgatókönyve szerint

A kritikus ásványok iránti eddig nem látott mértékben növekvő igény mind a lehetőségek, mind a hozzáférhetőség, mind a szállítás megbízhatósága szempontjából jelentős kérdéseket vet fel. A múltban a kereslet és a kínálat egyensúlyát megbontó feszültségek új beruházásokat vagy más intézkedéseket tettek szükségessé. Ezek egy részének megvalósítása sok időt vett igénybe és a piac szabályainak megfelelően jelentős áringadozásokkal járt. A jövőben várható hasonló hatások késleltethetik az átmenetet és növelhetik a költségeket is.

A nyersanyagok jelentős szerepet játszanak az energetikai átálláshoz szükséges számos technológia költségszerkezetében. A lítium-ion akkumulátorok esetében a technológiai fejlődés és a méretgazdaságosság az elmúlt évtizedben 90%-kal csökkentette a teljes költséget. Ez azonban azt is azt jelenti, hogy a nyersanyagköltségek most már arányosan nagyobbak és az akkumulátorok teljes előállítási költségének mintegy 50-70%-át teszik ki, szemben az ötéves 40-50%-kal. A magasabb ásványianyag- árak ezért jelentős hatással lehetnek: a lítium- vagy nikkelárak megkétszereződése a költségek 6%-os növekedését idézné elő. Ha mind a lítium, mind a nikkel ára megkétszereződne, ez ellensúlyozná az összes várható egységköltség-csökkenést, amelyet az akkumulátorgyártó kapacitás megkétszereződése hozna magával. A villamosenergia-hálózatok esetében a réz és az alumínium beszerzése jelenleg a teljes hálózati beruházási költség mintegy 20%-át teszi ki. A szűkülő kínálatból eredő magasabb árak jelentős hatással lehetnek a hálózati beruházások költségszintjére is.

A rövid távú kínálati kilátások elemzése vegyes képet mutat. Egyes ásványi anyagokból, például a bányászott lítiumból és a kobaltból várhatóan felesleg alakulhat ki a közeljövőben, míg a lítium-vegyületek, az akkumulátorokhoz szükséges nikkel és a legfontosabb ritkaföldfémek (pl. neodímium és diszprózium) esetében az elkövetkező években hiány mutatkozhat. Az éghajlati célokkal összhangban lévő forgatókönyv szerint a meglévő bányákból és az építés alatt álló projektekből származó várható kínálat a becslések szerint 2030-ra az előre jelzett lítium- és kobaltigények felét, míg a rézszükséglet kb. 80%-át elégítheti ki.

Bár számos projekt fejlesztése van folyamatban és ezek készültségi foka is természetesen eltérő, több olyan kockázati tényezővel kell számolni, amelyek csökkenthetik a kínálatot és növelhetik az áringadozásokat:

• Az egyes nyersanyagok kitermelésének és feldolgozásának területi koncentrációja: Számos anyag esetében azzal kell számolni, hogy ezek területileg a földgázénál és az olajénál is nagyobb mértékben koncentrálódnak egy-egy régióra, kisebb területre. Így pl. a Kongói Köztársaság és Kína termelte 2019-ben a kobaltércek és a ritkaföldfémek 60%-át.
• Bizonyos projektek, beruházások megvalósításának hosszú időtartama: Egyes bányák esetében a tervezéstől a bányanyitásig akár 16 évre is szükség lehet.
• A rendelkezésre álló készletek minőségének romlása: A chilei rézbányákból felhozott rézérc minősége az utóbbi 15 évben 30%- kal romlott. A kisebb réztartalmú ércek feldolgozása több energiát igényel, költségesebb és több üvegházhatású gáz kibocsátásával jár.
• Növekvő környezetvédelmi és társadalmi feszültségek, szigorodó szabályok: A nyersanyagok kitermelésének és feldolgozásának technológiája sok jelenleg is működő helyszínen nem felel meg a fejlettebb országokban előírt követelményeknek.
• A klímaváltozás által okozott kitettség romlása: A réz és a lítium előállítása kifejezetten vízigényes és mintegy 50%-ban olyan területeken folyik, ahol vízhiány fenyeget, vagy ahol az extrém hőség vagy az árvizek okozhatnak súlyos nehézségeket.

A 3. ábrán bemutatjuk azokat az országokat, amelyek néhány, az energiaátmenet szempontjából fontos anyag kitermelésében a legnagyobb szerepet töltik be.

3. ábra. Egyes anyagok legnagyobb kitermelői a világban 2019-ben

Az ismételt felhasználás enyhítheti az ellátásra nehezedő nyomást. A jelenleg is nagy mennyiségben gyártott fémek esetében az újrahasznosítási eljárások megalapozottak, de ez egyelőre nem jellemző számos fém, például lítium és ritkaföldfémek esetében. A tiszta energiatechnológiákat megvalósító berendezésekből (akkumulátorok, szélturbinák) származó hulladékáramok megváltoztathatják ezt a képet. Az élettartamuk végét elérő elhasznált elektromos járművek száma várhatóan 2030 után ugrásszerűen megnő, miközben az ásványi anyagok iránti kereslet még mindig gyorsan növekvő tendenciát mutat. Az újrahasznosítás ezért nem szüntetné meg az új beruházások iránti igényt. Az IEA becslései szerint azonban 2040-re az elhasználódott akkumulátorokból származó réz, lítium, nikkel és kobalt újrahasznosított mennyisége mintegy 10%-kal csökkentheti az ezek iránti igényt. Az újrahasznosítás ellátásbiztonsággal összefüggő előnye sokkal nagyobb lehet azokban a régiókban, ahol a nagyobb méretgazdaságosság miatt szélesebb körben alkalmazzák a tisztaenergia-technológiákat.

Az IEA hat javaslatot fogalmazott meg, amelyek megvalósítása hozzájárulhat a jövőben egyre növekvő mennyiségben igényelt ásványi anyagokkal való biztonságos ellátáshoz:

• Az ellátást szolgáló beruházások politikai szintű ösztönzése;
• A technológiai innováció támogatása a teljes ellátási lánc mentén;
• Az újrahasznosítás mértékének növelése;
• Az ellátási lánc rugalmas alkalmazkodóképességének javítása és a piac átláthatóságának biztosítása;
• Szabványosítás a környezetvédelem, a társadalmi követelmények és az irányítás területén;
• A nemzetközi együttműködés fokozása a termelők és a felhasználók körében is.

Forrás: OECD/IEA The Role of Critical Minerals in Clean Energy Transitions oecd-ilibrary.org/energy

2022/2. lapszám | Magyar Energetika |  298 |

Hírek