Хватит ли на земле материалов для развития солнечной и ветровой энергетики?

Ученые из Голландии задумались о перспективах возобновляемой энергетики, которая может столкнуться с проблемой нехватки материалов.

Недавно группа авторов из Голландии выпустила доклад о том, что развитие возобновляемой энергетики может столкнуться с проблемой нехватки материалов, в том числе ряда редкоземельных металлов.

Материалы для ВИЭ

На сайте Motherboard была опубликована заметка об этом докладе, в которой он был назван «научным исследованием». Эту заметку перепечатала «Популярная механика», а дальше она разлетелась и по русскоязычному сегменту Интернета, и всякие сайты «с пониженной социальной ответственностью» в погоне за читателем присвоили ей громкие заголовки типа: «Для перехода на чистую энергию в мире не хватит серебра».
 
В отличие от журналистов, спешащих поделиться «сенсацией», я причитал сам доклад и пришёл к выводу, что это, конечно, не «научное исследование», а какие-то малоубедительные размышления авторов и цифры, полученные в результате простейших арифметических операций.

Знаете, как называется доклад? «Потребление металлов для генерации возобновляемой электроэнергии в Нидерландах». В первую очередь, авторы говорят о Голландии, о том, что ей не хватает материалов, и она полностью зависит от импорта. Впрочем, и международная часть в брошюре есть, не неё и посмотрим.

Вот эту картинку перепечатали многие издания:

Какой ужас! Сколько потребуется индия! В 2050 году, пишут авторы, «годовая потребность в индии (только для производства солнечных модулей) превысит сегодняшние объемы годового производства в двенадцать раз». Где взять столько?

Начнём с того, что солнечная энергетика – это второстепенный сектор с точки зрения потребления индия сегодня.

Такова структура потребления этого металла:

Данные не самые свежие, что есть, то есть, в голландском докладе их нет вообще.

Где используется индий в производстве солнечных батарей?

Сами авторы указывают, что основная сфера его применения – выпуск тонкопленочных элементов на основе селенида меди-индия-галлия (CIGS — Copper indium gallium selenide). Это большой красный круг на рисунке.

Но, позвольте. Технология CIGS – это абсолютно маргинальное направление развития фотовольтаики сегодня. Рыночная доля — меньше 2%, годовой выпуск – 1,9 ГВт (2017):

Нет никаких предпосылок, что эта технология станет более популярной. Таким образом, риск поставок индия – это риск инвесторов в технологию CIGS, но никак не риск развития солнечной энергетики.

Практически всё то же самое можно сказать и о теллуре, который используется для производства тонкопленочных модулей CdTe (теллурид кадмия), и за который тоже очень переживают голландские специалисты. Маргинальная технология, фактически одна компания на рынке (First Solar), мизерная рыночная доля.

Да, индий может использоваться для производства некоторых типов кремниевых солнечных модулей, в частности модулей HJT. Но здесь он выступает в качестве «вспомогательной добавки» и потребляется в крайне небольших количествах.

В последнем издании дорожной карты развития отрасли — International Technology Roadmap for Photovoltaic 2018 – основном исследовании, описывающем технологические тренды в производстве кремниевых солнечных элементов/модулей (95% мирового рынка), индий вообще не упоминается.

В то же время здесь упомянуто серебро, и говорится, что чрезвычайно важно снижать его потребление для дальнейшего сокращения затрат, чем отрасль непрерывно и успешно занимается. Что же касается будущей «нехватки» серебра, то вот как видит развитие рынка Институт серебра (Silver Institute):

Солнечная энергетика вырастет – а потребление серебра в этом секторе сократится. Как так? Объяснение простое: повышение эффективности использования материалов и (в перспективе) замещение серебра другими материалами.

Посмотрим на ветроэнергетику. В 2017 году в научном журнале Resources Policy была опубликована статья «Стратегии замещения для сокращения использования редкоземельных металлов в ветряных турбинах» (Substitution strategies for reducing the use of rare earths in wind turbines).

Даже беглый взгляд на этот текст позволит с уверенностью заявить, что арифметический подход в оценке будущих объемов потребления материалов никак не работает. Производство техники для ветроэнергетики – это большая и наукоемкая сфера, где идёт постоянная работа над повышением эффективности использования материалов и их субституцией (замещением).

Напомню, такие редкоземельные металлы, как неодим (Nd), празеодим (Pr), диспрозий (Dy) и тербий (Tb) используются для производства синхронных генераторов с постоянными магнитами (permanent magnet synchronous generator – PMSG), используемых в некоторых типах ветряных турбин.

На следующем графике из этой статьи показано, что существуют сценарии, при реализации которых потребление редкоземельных металлов в абсолютном выражении, в том числе неодима, который по голландскому исследованию идёт вторым после индия по «критичности» поставок, даже может снизиться.

В 2016 году в научном журнале Journal of Cleaner Production была опубликована статья «Обзор оценки критичности ресурсов с точки зрения динамики и технологии на примере ветряных турбин с прямым приводом» (Reviewing resource criticality assessment from a dynamic and technology specific perspective – using the case of direct-drive wind turbines).

Выводы статьи: риск поставок неодима и диспрозия оценивается как низкий в долгосрочной перспективе, ветровые турбины не являются уязвимыми с точки зрения риска поставки неодима и диспрозия. Доступны различные заменители на разных уровнях дерева структуры продукта.

В 2018 году в научном журнале Resources, Conservation and Recycling была опубликована статья (кстати, также голландских учёных) «Напряженность в поставках металла для низкоуглеродной экономики?» (Metal supply constraints for a low-carbon economy?). В работе анализируется будущий спрос на ряд ключевых металлов, в том числе редкоземельных (Fe, Al, Cu, Ni, Cr, In, Nd, Dy, Li, Zn, Pb) в разных сценариях технологического развития низкоуглеродной экономики до 2050 года.

Выводы статьи: Производство практически всех металлов, имеющих отношение к энергетическому переходу, должно значительно возрасти. В то же время общее ежегодное увеличение предложения, необходимое для удовлетворения будущих потребностей в металле в сценариях развития экономики с низким уровнем выбросов углерода, не является экстремальным.

Действительно, различные сценарии … потребуют умеренного роста потребления по сравнению с недавними историческими данными по росту потребления металлов в прошлом. «Поскольку наш метод не учитывает переработку (повторное использование) как источник поставки металла, он может даже переоценивать спрос на первичные металлы». «Основной вывод этого исследования состоит в том, что доступность Fe, Al, Cu, Ni, Cr, In, Nd, Dy, Li, Zn и Pb вряд ли станет узким местом для перехода к низкоуглеродной энергетической системе».

Подведём итоги

Вопрос достаточности материалов для солнечной и ветровой энергетики – чрезвычайно важный и довольно основательно проработанный специалистами вопрос, а вот авторы голландского доклада либо несколько поверхностно подошли к своему анализу, либо преследуют определенные цели.

В работе содержатся несколько рекомендаций, одна из которых звучит несколько неожиданно, и складывается впечатление, что именно из-за неё и была написана эта брошюра. Авторы предлагают развивать европейскую горнодобывающую промышленность. Мол, кое-какие ресурсы под землёй есть, но как-то непопулярна сегодня в Европе добыча руд, поэтому она и зависит от импорта.

При всех недостатках голландский доклад содержит ряд других, совершенно правильных (и банальных) рекомендаций:

Нужно 1) заниматься субституцией, снижать потребление редких материалов и 2) строить «круговую» (то есть безотходную) экономику, заниматься восстановлением материалов из отходов для их повторного использования. С этим не поспоришь. опубликовано econet.ru  

Подписывайтесь на наш канал Яндекс Дзен!

Если у вас возникли вопросы по этой теме, задайте их специалистам и читателям нашего проекта здесь.

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet