Сколько осталось металлов на земле
Обновлено: 04.10.2024
Элемент Уран является основным ядерным топливом и сколько урана на земле и каковы запасы люди должны знать.
Элемент уран встречается в ряде различных форм или изотопов. Изотопы данного элемента имеют одинаковое число протонов в ядре, но различное число нейтронов. Двумя наиболее важными изотопами урана (U) являются U-235 и U-238. Изотопы распадаются естественным образом, U-238 с периодом полураспада 4,51 млрд лет-через 4,51 млрд лет половина атомов распадется, испуская альфа—частицу (ядро атома гелия) в процессе, а еще через 4,51 млрд лет-половину оставшихся атомов и так далее. (Его период полураспада в 4,51 миллиарда лет близок к возрасту самой Земли и составляет около трети возраста Вселенной, что объясняет, почему некоторые из них все еще остаются.
Ядерный топливный цикл для обычной ядерной энергетики начинается с добычи урана. Добыча этого ядерного топлива, как подземным, так и поверхностным способом, аналогична добыче угля.
Ресурсы урана ограничены
Хотя ядерная энергия не является ископаемым топливом на основе углерода и поэтому не производит CO2 при эксплуатации, она, как и ископаемое топливо, является невозобновляемым источником энергии. Как и ископаемое топливо, мы должны знать, каковы запасы урана и как долго они будут сохраняться при различных темпах использования.
Согласно последним официальным оценкам, конвенционные ресурсы или сколько урана на Земле составляет 5,5 млн. тонн, которые могут быть добыты по ценам ≤ 130 долл. США за кг. Из этой цифры разумно гарантированные ресурсы составили 3,3 млн. тонн, а предполагаемые, но еще не обнаруженные ресурсы-2,2 млн. тонн. Кроме того, были неразведанные ресурсы оцениваются в 10,5 млн т.
Реакторы обычно используют 20,7 тонн природного ядерного топлива для производства одного ТВтч электроэнергии (0,0036 Эдж). Если бы все мировое производство электроэнергии в объеме 20 202 ТВтч было произведено на атомных станциях, то доказанный извлекаемый запас урана в размере 3,3 млн т. продержался бы всего 7,9 года, а все 16 млн т.—чуть более 38 лет — срок службы типичного реактора.
Некоторые утверждали, что официальные оценки слишком высоки и должны быть сокращены. Тем не менее, если ядерная энергетика только сохранит свою нынешнюю долю первичной энергии, U-резервы не должны стать проблемой в ближайшее время и проблема нехватки сырья не выявится.
Основная часть запасов находится в Австралии (40%), Канада (15%), Казахстан (13%), Бразилия (8%) и Южная Африка (6,5%).
Урановые руды в настоящее время добываются, как правило, с содержанием около 0,2%, и затраты энергии на добычу являются низкими по сравнению с энергией в этом источнике.
Энергозатраты на добычу и измельчение этого вида топлива также растут экспоненциально по мере уменьшения сортов руды. Для концентраций ниже 0,02% утверждается, что энергетические затраты становятся настолько высокими, что выбросы CO2 от атомных электростанций, использующих эти низкосортные руды, будут превышать выбросы от установки природного газа равной мощности. Кроме того, экологические затраты на добычу, измельчение и утилизацию огромных объемов грунта или горных пород будут значительными; переход от 0,2% руды к 0,о2% означает, что в 10 раз больше руды должно быть переработано.
Чтобы проиллюстрировать, что потребуется для низкосортных руд, рассмотрим энергетические потребности для добычи существующих высокосортных руд на руднике олимпийской плотины в Южной Австралии. Ожидается, что после завершения работ на этом руднике будет добываться 730 тыс. тонн рафинированной меди и 19 тыс. тонн оксида урана в год. Для этого рудник будет потреблять почти 1,4 миллиона литров дизельного топлива и мазута в день, что примерно эквивалентно 2,7 % всего потребления австралийского дизельного топлива и почти одному % годовой электроэнергии. Общие ежегодные выбросы парниковых газов, как ожидается, составят около 4,7 млн. тонн CO2.
Нетрадиционные ресурсы урана
Нетрадиционные ресурсы урана значительно больше, чем обычные источники.
Фосфатные породы содержат, по оценкам, еще 22 млн. тонн урана. Вместе со сланцами концентрация руды может составлять 0,01 %. Для очень низких концентраций, обнаруженных в фосфатной породе, представляется маловероятным, что чистая энергия будет получена в результате ее использования в существующем реакторном парке.
Энергетические, экономические и экологические издержки также будут высокими, хотя некоторые издержки могут быть разделены с производством фосфатов. Требуемая программа добычи будет огромной.
Ресурсы урана в Мировом океане
Но земные ресурсы сколько урана на Земле ничтожно малы по сравнению с ресурсами Мирового океана, которые содержат приблизительно 4-5 миллиардов тонн урана, что составляет 3 грамма/литр. Для морской воды максимальная плотность энергии, которая может быть получена из растворенного U-235, является низкой, 1,8 МДж/м3 морской воды, хотя использование концентрированного рассола из опреснительных установок может снизить энергетические потребности.
Просто обеспечение мирового валового производства электроэнергии повлечет за собой переработку почти 50 тыс. км3 океана каждый год, даже при условии 100% сбора.
Воздействие на экосистемы океанической поверхности и затраты на отделение истощенной морской воды от необработанной—исключают добычу этого ядерного топлива в ближайшую перспективу.
Когда закончатся ресурсы Земли как будет поступать человечество?
Учитывая, что многие вещи изготовлены из невозобновляемых материалов, вызывает озабоченность тот факт, что некоторые из них вскоре могут исчезнуть. Возобновляемые источники энергии становятся всё более популярными, но технологии добычи этой энергии довольно сложны. Когда закончатся ресурсы на Земле , что люди будут делать.
Прочтите, какие источники невозобновляемых источников заканчиваются, и как человечество будем с этим бороться.
Песок: 2022
Текущая ситуация
Строительная промышленность зависит от песка, материала, который является самым удобоваримым минералом в мире. В таких странах, как Вьетнам, песок может быть потрачен впустую уже в 2022 году. Это привело к созданию международной биржевой индустрии, где государства продают свой песок. Неизвестно, сколько времени пройдет когда человечество потратит весь песок, но это все еще угроза.
Пока нет четкого решения проблемы. Эта проблема была не очень хорошо известна общественности и даже ученым до 2017 года, когда она начала исследоваться. Есть попытки сделать песчаный материал или исследовать альтернативы, такие как древесина.
Редкоземельные элементы: между 2033 и 2038 годами
Текущая ситуация
Многие из технологий, которые мы используем сегодня, содержат одни из самых редких металлов на Земле которые называют редкоземельные металлы. Современный сотовый телефон может иметь более 64 уникальных элементов внутри себя, и все они необходимы для правильной работы. В категорию «редких элементов» входят эти 17 элементов периодической таблицы которые обеспечивают значительную ценность для технического и экономического роста. Около 90% запасов редких элементов поступает из Китая. Добыча редкоземельных металлов проводится в основном в Китае, но китайские рудники опустели, и может случиться так, что в ближайшие 15-20 лет ничего не останется.
К счастью, в мире есть и другие места. Производители ищут эти места для потенциальных новых источников редких элементов. Кроме того, все чаще поощряется рециркуляция, поэтому несколько предметов можно использоваться более одного раза.
Золото: 2038 год
По мнению некоторых экспертов, похоже, что золотая лихорадка подходит к концу.
Золото — один из самых дорогих металлов на планете, а не только из-за его появления. Вы можете найти золото почти на каждом электронном устройстве, что является проблемой. Золотые рудники медленно опустошаются, а новые — меньше по запасам. Эксперты считают, что у нас осталось около 20 лет для рытья золота.
Люди продолжают искать новые источники, но нет никакой гарантии, что они что-то найдут. Между тем, утилизация может быть полезна.
Гелий: между 2043 и 2048 годами
Текущая ситуация
Большинство людей знает гелий как воздушный газ. Но этот элемент используется для магнитного резонанса в медицине, в ракетостроении, атомной промышленности. Это сопутствующее вещество при добыче нефти из гелионосных горючих газов, но доля по объему составляет порядка 0,055%. Нефтегазоконденсатное месторождение с гелием в Якутии и восточной Сибири. Текущие запасы гелия были созданы в течение миллиардов лет и могут истощаться в ближайшие 25-30 лет.
Небольшие шансы — найти источники гелия, и еще менее вероятно создать его в лаборатории. Лучшим решением является сокращение его использования и постройка заводов по производству гелия в Сибири.
Текущая ситуация
Литиевые батареи являются наиболее распространенными и эффективными, поэтому это делает литий действительно ценным. Хотя прогнозы 2017 года показали, что лития хватит на 365 лет, недавнее увеличение спроса снизило это число на 50 лет.
Независимо от того, какую энергию мы используем, мы не всегда можем производить автомобили. У нас нет хорошей альтернативы литию. В какой-то момент необходимо будет адаптироваться к миру без лития, потому что постоянного решения не существует.
Скорее всего к огда закончатся ресурсы на Земле энергия будущего уже будет работать на человечество. А может и нет?!
Запасы руды металлов в мире
Несколько столетий тому назад средневековые горняки подходили к руде совсем с другими требованиями, чем в наше время. Для того, чтобы добыча была рентабельной, в руде должно было быть много необходимого вещества, а само месторождение велико по объему.
Во второй половине 20 века руду набирали ковшом экскаватора и вывозили на огромных думперах самосвалах из штреков, широких, как железнодорожный туннель, хотя и такой метод добычи связан с определенными трудностями.
Посмотрим, однако, что понимается под термином запасы руды или запасы полезных ископаемых сейчас. Это понятие со временем менялось.
Железо
Начнем с самого обычного металла — железа известного человеку уже много тысячелетий, без которого мы еще очень долго не сможем обходиться.
В настоящее время геологам известны месторождения, которые обеспечат нас железом на 250 лет, и нет сомнений в том, что будут открыты новые запасы. Конечно, это широко распространенный металл, однако следует заметить, что его производство, как и производство других металлов, обходится значительно дешевле, когда используется также вторичное сырье (то есть металлолом).
Например, медь: в 1925 году рудой считалась такая горная порода, которая содержала в среднем 2,5% меди. Ее было выгодно добывать, производить из нее медь и продавать металл. Несколько позже стали добывать руды с более низким содержанием меди, поскольку по мере развития промышленности и использования электроэнергии возросло и потребление этого материала.
В настоящее время в среднем в мире добываются такие горные породы, которые содержат 0,7% меди, поскольку потребление меди возросло во много раз и эта тенденция продолжается. Соответственно растет и цена. Для того, чтобы получить тонну металла из богатой руды (2,5%), необходимо затратить определенное количество энергии, а для того, чтобы получить такое же количество из бедной руды (0,7%), энергии нужно в три раза больше. Кроме того, при использовании бедных руд необходимо переместить колоссальное количество материала, построить новую транспортную сеть, использовать гигантские автомашины с большим потреблением горючего. Разработки медной руды оставляют экологические последствия в природе.
Олово
Еще более сложные проблемы сопровождают добычу оловянной руды. Сегодня добываются руды почти в 50 раз более бедные, чем в середине прошлого века. Цена металлов на мировом рынке высока.
Но, одновременно, это означает повышение капиталовложений и увеличение потребления энергии при обработке.
Алюминий
Другим широко встречающимся и используемым металлом является алюминий.
Запасы алюминиевых руд практически неисчерпаемы, однако для его производства требуется много электроэнергии, поэтому обычно он производится там, где много дешевой энергии.
Цветные
Остальные, к которым относятся цветные металлы — свинец, цинк, медь, олово — очень редки и большинство известных месторождений при том содержании металла, добыча которого еще рентабельна будет исчерпано до конца этого века.
Поэтому весьма вероятно, что граница содержания металла в рудах будет снижаться, потребление энергии — повышаться, а вместе с этим будет повышаться и цена этих материалов.
В этой области часто встречаются геологи и экономисты. Торговля полезными ископаемыми и энергией ведется достаточно оживленно. Поэтому геологи интересуются вопросом прогноза потребления и исчерпания запасов и источников энергии. При этом исходят из того качества руд, какое добывается в настоящее время. Если в будущем мы будем добывать более бедные запасы руды (хотя бы некоторых металлов), тогда срок исчерпания запасов минерального сырья, значительно продлится.
Но если прогнозы запасов железных руд выглядят благоприятно, металлы, которые добавляются в сталь — ванадий, молибден, вольфрам, марганец — встречаются гораздо реже и их разведанных запасов хватит всего на несколько десятков лет.
Исключением является хром — запасов хромовых руд хватит на 500 лет, хотя и в данном случае существуют проблемы. Дело в том, что крупные месторождения встречаются в очень немногих местах. Остальные страны должны хром импортировать, поэтому хром может стать орудием политического нажима.
Из чего можно добыть металлы
Здесь следует задать вопрос: где граница получения металлов из бедных и беднейших руд и даже из обычной горной породы?
Тонна базальта (магматическая порода) содержит 70 кг железа, 170 кг окиси алюминия, 20 кг натрия, 1/2 кг меди и т. д.
Можно добыть эти металлы?
Технологической границы практически не существует: из каждого килограмма горной породы можно получить все содержащиеся в ней металлы, но за цену колоссальных расходов, в первую очередь энергии. Поэтому большая часть проблем, связанных с рудным сырьем для производства строительных материалов, керамики, искусственных удобрений, связана также с энергией.
Рудное сырье и его использование нельзя отделить от энергетических источников сырья — и наоборот.
Мир через 100 лет: почему нефть не кончится, а Земли хватит на всех
Сколько раз вы слышали, что человечество скоро подберется к пределу использования мировых ресурсов, что кончится нефть, что скоро атмосфера перестанет справляться с загрязнениями, а земля уже не сможет производить достаточно еды для растущего населения? Авторы этих заявлений исходят из того, что на Земле фиксированное количество всего — металлов, нефти, чистого воздуха, земли — и что мы истощаем эти запасы, потребляя их.
Однако человечество прорывалось сквозь эти пределы раз за разом. Как сказал однажды министр нефти Саудовской Аравии, каменный век закончился не из-за дефицита камня. Люди (и даже некоторые животные) умеют создавать новые возможности, делая свою среду обитания более продуктивной. Отличный пример — сельское хозяйство.
Экономисты не любят экологов: по их мнению, экологи почему-то мыслят статическими пределами, не думают о том, что когда стал иссякать китовый жир, была открыта нефть, когда урожаи перестали расти, появились удобрения, а когда изобрели оптоволокно, упал спрос на медь. Но и экологи считают, что экономисты поклоняются некой сверхъественной силе под названием «рынок», чтобы уклониться от вопроса о пределах роста. Самый простой способ вызвать овацию на конференции экологов — это озвучить грубую шутку про экономистов.
Я был и тем, и другим. Я изучал экологию в академической среде около семи лет, а затем восемь лет работал в журнале Economist. Когда я был экологом, я очень много думал о пределах роста. Сегодня я склоняюсь к мысли, что пределов нет, потому что мы можем изобрести новые способы делать больше с меньшими затратами.
Удивительно, что недавний прогноз межправительственной группы по изменению климата (что к 2100 году температура поднимется на 3,7-4,8 градусов по сравнению с доиндустриальным уровнем) основан на таких предпосылках: отсутствие значительных технологических перемен, прекращение долгосрочного падения темпов роста населения, утроение дохода на душу населения и отсутствие больших изменений по части энергоэффективности экономики. То есть это мир вроде нынешнего, но в котором люди жгут гораздо больше нефти и угля, что приводит к усилению выбросов. Большинство экономистов, однако, ожидают к 2100 году 5-10-кратного роста доходов, огромных технологических перемен и прекращение роста населения: это не так уж много людей, нуждающихся в гораздо меньшем количестве углеводородов.
В 1679 году Антони ван Левенгук, великий голландский натуралист, вычислил, что планета может выдержать население в 13,4 млрд, которого, как считают большинство демографов, никогда и не будет. С тех пор оценки менялись в диапазоне от 1 до 100 млрд, и договориться не получается.
Экономисты говорят, что мы постоянно повышаем производительность каждого гектара земли за счет удобрений, механизации, ирригации и пестицидов. Дальнейшие инновации еще больше поднимут потолок. За последние 50 лет площадь земли, требующейся для выращивания определенного количества пищи, сократилась на 65%.
Экологи возражают, что эти инновации основаны на невозобновляемых ресурсах вроде нефти и газа, а возобновимые используются быстрее, чем их можно восстановить. Так что нынешние показатели не удастся не то что улучшить, но даже и сохранить.
Экономисты парируют, что на огромных территориях (особенно в Африке) еще только предстоит использовать удобрения и современные сельскохозяйственные методики, а значит, нет оснований думать, что в целом по миру производительность земель снизится. Наоборот, даже при достаточно быстром росте населения и доходов (а значит, и росте спроса на мясо и другую роскошь) в 2050 году нам понадобится меньше сельскохозяйственных земель, чем в 2000 (если мы только не будем производить на них биотопливо).
Возьмем воду, которая ограничивает производство пищи во многих странах. В 2000 году мир использовал вдвое меньше воды, чем полагали возможным эксперты в 1960-х. Почему? Благодаря новым ирригационным техникам, которые привели к большой экономии воды. Некоторые страны вроде Израиля сократили использование воды для орошения. А если прибавить к этому методики опреснения морской воды с помощью солнечной энергии, то крайне маловероятно, что уровень запасов свежей воды ограничит рост человечества .
Бестселлер «Пределы роста», опубликованный Римским клубом в 1972 году, предсказывал, что мы упремся во всевозможные потолки, столкнемся с дефицитом разного рода металлов, топлива, минералов и пространства. Почему этого не произошло? Помогли технологии: новые методики разработки сырья, более экономное его использование, замена более дешевыми материалами. Сегодня мы используем на компьютерных платах в 100 раз более тонкий слой позолоты, чем 40 лет назад. Содержание стали в машинах и зданиях продолжает падать.
Еще 10 лет назад можно было считать, что природный газ кончится через несколько десятилетий, вслед за ним кончится и нефть, а в результате сельскохозяйственное производство рухнет. Тогда перед миром встала бы дилемма: или вырубать оставшиеся леса для сельского хозяйства, или голодать.
Но благодаря технологии гидроразрывов и сланцевой революции конец нефти и газа отсрочен. Когда-нибудь они и вправду кончатся, но лишь в том смысле, в каком кончится Атлантический океан, когда вы решите его пересечь на байдарке. Вы, скорее всего, остановитесь и повернете назад задолго до того, как увидите американские берега. Так и мы, скорее всего, успеем найти для нефти и газа дешевые заменители.
Экономист Тим Ворсталл приводит пример теллура — главного ингредиента некоторых видов солнечных панелей. Это один из редчайших элементов на Земле. Быстро ли он кончится? По оценке Ворсталла, его запасы — 120 млн тонн, этого хватит на миллион лет. Теллур также содержится в отходах переработки медной руды, а когда-нибудь его можно будет добывать и из старых солнечных панелей, отслуживших свое.
Многие экологи до сих пор считают, что чем больше на Земле людей, тем больше они наносят планете ущерба. Но в последние 40 лет все было не так. Более высокие доходы и новые технологии позволили снизить человеческое влияние на планету. Более богатые люди не добывают себе дрова и пищу в лесу — они пользуются электричеством и птицефермами, а и то, и другое требует гораздо меньше земли .
Отчасти проблема в том, что слово «потребление» для экологов и экономистов означает разные вещи. Экологи говорят об «использовании ресурса», экономисты же о «покупке товаров и услуг». Но в каком смысле используются вода или теллур, когда продукты, изготовленные с их помощью, кто-то покупает? Они по-прежнему остаются в этих продуктах или в окружающей среде. Вода возвращается в природу и может быть использована заново. Теллур остается в солнечных панелях, которые можно переработать.
Возьмем расчеты Global Footprint Network— калифорнийского исследовательского института, который поддерживают больше 70 международных экологических организаций. В них предполагается, что ископаемое топливо, которое сжигают в погоне за более высокими урожаями, в будущем должно компенсироваться высадкой новых деревьев в масштабах, достаточных, чтобы изъять из атмосферы излишки углекислого газа. Есть также популярные расчеты, что 54% той сельскохозяйственной земли, в которой мы нуждаемся, следует использовать для поглощения углекислоты.
Но что, если посадка деревьев — не единственный способ борьбы с излишками углекислого газа? Или если деревья будут расти быстрее с помощью современной ирригации и удобрений, так что их понадобится меньше? Или если мы снизим эмиссии, как США недавно, заменяя на электростанциях газ углем? Или если мы смиримся с некоторым увеличением эмиссий при высоком росте урожаев? Любое из этих решений может во многом списать тот долг, который у нас остается перед планетой.
Некоторые экологи доказывают, что мы используем больше половины всей зелени на планете. Хельмут Хаберль, австрийский исследователь, не согласен: во-первых, эта величина значительно меньше (14,2% съедаем мы сами и наши животные, еще 9,6% не дают вырасти наши дома и фермы). Во-вторых, чаще всего экономический рост происходит без резкого увеличения используемой биомассы, и по мере индустриализации человеческое потребление того, что растет само по себе, сокращается. Наконец, человеческая деятельность даже увеличивает производство растительности в природе. Удобрения с полей попадают в леса и реки. В районах вроде дельты Нила дикая природа стала более продуктивна, чем до человеческого вмешательства .
Я мечтаю о том, чтобы два племени, экономисты и экологи, собрались когда-нибудь вместе. Я бы поставил перед ними один простой вопрос и запретил бы выходить из зала, пока они не дадут ответ: «Как инновации могут улучшить окружающую среду?»
Интересная статья? Подпишитесь на наш канал в Telegram, чтобы получать больше познавательного контента и свежих идей.
Читайте также: