Il futuro delle risorse minerarie Marco Pagani ASPO - Italia Il futuro delle risorse minerarie Harold Hotelling scriveva nel 1931: «La contemplazione della scomparsa delle ricchezze minerarie, delle foreste e delle altre risorse esauribili del pianeta ha sollevato la questione della regolazione del loro sfruttamento. La percezione che questi prodotti sono ora troppo a buon prezzo per il beneficio delle generazioni future, che sono sfruttati egoisticamente ad un ritmo troppo elevato e che a causa della loro economicità sono prodotti e consumati con grande spreco ha dato origine al movimento di conservazione.» Dopo ottant’anni, i termini del problema non sono certo cambiati … Tutto è iniziato da un articolo su The Oil Drum … Il futuro delle risorse minerarie La funzione logistica non è solo una curva di fit, ma il più semplice dei modelli dinamici di esaurimento delle risorse Funzione logistica P e sua derivata p Linearizzazione di Hubbert - produzione mondiale di zirconio t o è il tempo per cui P=K/2 1 0,16 0,3 P/K 0,8 0,25 0,12 p/Kr 0,7 0,2 0,1 0,15 0,4 p/P 0,5 p(t)/Kr 0,6 P(t)/K Dati USGS Dati USGS usati per la regressione Linearizzazione (med) Linearizzazione (min) Linearizzazione (max) 0,14 0,9 0,08 0,06 0,1 0,3 0,04 0,2 0,05 0,1 0 0 -10 -5 0 5 r (t-to) 10 0,02 0 0 5 10 15 20 25 30 P (Mt) Po è la produzione cumulativa al tempo to p è la produzione annua e P la produzione cumulativa. K la quantità totale di risorsa (URR) Se i dati seguono una curva logistica, riportando p/P in funzione di P si ottiene una retta. r il tasso di sfruttamento 35 40 Il futuro delle risorse minerarie Esiste qualche elemento chimico che è stato sfruttato dall’umanità per oltre il 90%? Sì, il mercurio Il futuro delle risorse minerarie Il picco del mercurio è stato raggiunto nel 1971 con 10000 t / anno. Ora la produzione non supera le 2000 t. Produzione annua mondiale di mercurio 12 Produzione annua (ktons) 10 Picco di esaurimento fisico della risorsa Picchi di congiuntura economica e storica 8 Nel 1971 il mercurio è definito inquinante atmosferico pericoloso dall’EPA 6 4 2 0 1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 Anni Kelly et al.,Historical Statistics for Mineral and Material Commodities in the U.S., Open File Report 2001-006 (USGS) http://minerals.usgs.gov/ds/2005/140/#data 2040 Il futuro delle risorse minerarie Produzione cumulativa mondiale di mercurio Produzione cumulativa (Mtons) 1,6 1,4 1,2 URR 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 1900 1920 1940 1960 1980 Anni 2000 2020 2040 Il futuro delle risorse minerarie Cosa si intende per “riserve”? URR = Ultimately Recoverable Resource Riserve marginali e subeconomiche Riserve complessive (“Reserve base”) URR max Riserve economicamente sfruttabili Produzione cumulativa al 2007 URR min Il futuro delle risorse minerarie Il Piombo presenta un picco nel 1978 Quanto durerà la ripresa degli anni 2000? Produzione annua mondiale di piombo 5 1988 lead contamination control act Produzione annua (Mtons) 4,5 4 3,5 Questa è davvero una previsione pessimistica? 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 Anni Kelly et al.,Historical Statistics for Mineral and Material Commodities in the U.S., Open File Report 2001-006 (USGS) http://minerals.usgs.gov/ds/2005/140/#data 2060 Il futuro delle risorse minerarie Non sembra esserci molto più piombo disponibile … Produzione cumulativa mondiale di piombo Produzione cumulativa (Mtons) 600 URR 500 400 300 200 100 0 1900 1920 1940 1960 1980 Anni 2000 2020 2040 2060 Il futuro delle risorse minerarie Il Cadmio presenta un picco nel 1992; è un picco dovuto a motivi legislativi ed economici? Produzione annua mondiale di cadmio 30 1992 controllo dei livelli di cadmio nei luoghi di lavoro Produzione annua (Mtons) 25 20 1995 riduzione degli impieghi dispersivi di Cd (vernici, additivi) 15 10 5 0 1900 1950 2000 2050 2100 Anni Kelly et al.,Historical Statistics for Mineral and Material Commodities in the U.S., Open File Report 2001-006 (USGS) http://minerals.usgs.gov/ds/2005/140/#data Il futuro delle risorse minerarie Oppure ad esaurimento fisico? Produzione cumulativa mondiale di cadmio Produzione cumulativa (Mtons) 2,5 2 URR 1,5 1 0,5 0 1900 1920 1940 1960 1980 Anni 2000 2020 2040 2060 Il futuro delle risorse minerarie Antimonio Argento Produzione annua mondiale di antimonio Produzione annua mondiale di argento 0,18 25 Produzione annua (ktons) Produzione annua (Mtons) 0,16 0,14 0,12 0,1 0,08 0,06 0,04 20 15 10 5 0,02 0 1900 1950 2000 2050 0 1900 2100 1950 2000 Produzione cumulativa mondiale di antimonio 2 9 1,8 URR Produzione cumulativa (Mtons) Produzione cumulativa (Mtons) 2100 Produzione cumulativa mondiale di argento 10 8 7 6 5 4 3 2 URR 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 1 0 1900 2050 Anni Anni 1950 2000 Anni 2050 2100 0 1900 1950 2000 Anni 2050 2100 Il futuro delle risorse minerarie Zinco Stagno Produzione annua mondiale di stagno Produzione annua mondiale di zinco 0,4 0,35 10 Produzione annua (Mtons) Produzione annua (Mtons) 12 8 6 4 2 0 1900 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 1950 2000 2050 0 1900 2100 1920 1940 1960 Anni Produzione cumulativa mondiale di zinco 2020 2040 30 URR 800 Produzione cumulativa (Mtons) Produzione cumulativa (Mtons) 2000 Produzione cumulativa mondiale di stagno 900 URR 700 600 500 400 300 200 100 0 1900 1980 Anni 1950 2000 Anni 2050 2100 25 20 15 10 5 0 1900 1920 1940 1960 1980 Anni 2000 2020 2040 Il futuro delle risorse minerarie Produzione annua mondiale di rame Rame La stima della URR è tuttavia persino più ottimistica di quella fornita dalla USGS 0,018 0,016 Produzione annua (Gtons) Il modello logistico è meno preciso dei casi precedenti, perché il picco si trova abbastanza “in là” nel futuro. C’è abbastanza rame per tutti? 0,014 0,012 0,01 0,008 0,006 0,004 0,002 0 1900 Le riserve di rame ammontano a 500 Mt, pari a circa 70 kg per ogni abitante del pianeta. Questo naturalmente se l’occidente (che ha una dotazione pro capite di 170 kg di rame) e i nuovi paesi emergenti riusciranno a moderare i loro appetiti … 2000 2050 2100 Anni Produzione cumulativa mondiale di rame 2 Produzione cumulativa (Gtons) Questa quantità sembra essere sufficiente per garantire un minimo sviluppo tecnologico all’Africa e alle altre zone rurali del mondo. 1950 1,5 URR 1 0,5 0 1900 1950 2000 2050 Anni 2100 Il futuro delle risorse minerarie Produzione annua mondiale di litio Litio 0,4 Anche se la produzione è aumentata moltissimo negli ultimi due anni, l’arco temporale è troppo breve per prevedere se la tendenza potrà continuare ancora 0,35 Produzione annua (Mtons) I dati fino al 2004 fanno pensare a un picco verso il 2010. 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 1930 1950 1970 1990 2010 2030 2050 2070 2050 2070 Anni Produzione cumulativa mondiale di litio A causa di una disomogeneità nei dati USGS, non è possibile confrontare i la produzione cumulativa con le URR 16 Produzione cumulativa (Mtons) Le riserve economicamente sfruttabili ammontano a circa 4 Mt. Per equipaggiare di batterie al Litio un numero di auto pari a quelle attualmente in circolazione (900 milioni) occorrerebbero circa 2 Mt di metallo. 18 14 12 10 8 6 4 2 0 1930 1950 1970 1990 2010 Anni 2030 Il futuro delle risorse minerarie E se si scoprono altri giacimenti? A parte il Ferro, non sembra che si siano fatte grandi scoperte negli USA negli ultimi 35 anni … Stime dell'URR per alcuni minerali (dati USA) 180 25000 160 Rame 20000 140 15000 100 Piombo Ferro 80 10000 Zinco 60 40 5000 20 0 1930 0 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 Per il 1934, C. K. Leith, Science, 82, 109 (1935); Per il 1974, Earl Cook, Limits to Exploitation of non renewable resources, Science, 191, 676 (1976) Per il 2007 dati USGS 2020 URR (Mt) URR(Mt) 120 Il futuro delle risorse minerarie La tecnologia di estrazione migliora, ma restano solo le briciole … Produzione annua della miniera di argento di Comstock Lode, Nevada 700 minerale ad alta concentrazione minerale a bassa concentrazione cianurazione dei residui Produzione (ktons) 600 500 400 300 200 100 0 1855 1860 1865 1870 1875 1880 1885 1890 1895 1900 1905 1910 1915 1920 1925 Earl Cook, Limits to Exploitation of non renewable resources, Science, 191, 676 (1976) Il futuro delle risorse minerarie Distribuzione del rame nella miniera di Cujaone, Perù C Centro del filone: 0,240 Mt di Cu in 18 Mt di roccia B Periferia del filone: 4,5 Mt di Cu in (1,32%) 513 Mt di roccia A (0,3- 1%) Zona esterna: 0,06 Mt di Cu in 960 Mt di roccia (meno dello 0,2%) L’area dei quadrati in grigio è proporzionale alla massa di roccia L’area dei quadratini rossi è proporzionale alla massa di rame Earl Cook, Limits to Exploitation of non renewable resources, Science, 191, 676 (1976) Il futuro delle risorse minerarie Estrarre minerale a bassa concentrazione ha un impatto assai più devastante sull’ambiente Miniera a cielo aperto in Siberia. Il buco è profondo oltre 500 m e ha un diametro di 1200 Proteste in Australia contro la cianurazione dell’oro Il futuro delle risorse minerarie Rocce e fanghi di scarto vengono prodotti in quantità crescenti dall’industria mineraria Questi dati non tengono conto della roccia e del suolo che devono essere rimossi dalle miniere a cielo aperto per raggiungere le zone utili Il futuro delle risorse minerarie Il costo energetico aumenta se il minerale è meno concentrato Energia di estrazione per tonnellata, E / A 11 A rappresenta l'energia necessaria per l' estrazione e il trattamento di una t di Cu all'1% 10 9 8 Anno 2000: c=0,16%, E/A=9,25 7 6 5 Anno 1976: c=0,35%, E/A=3 4 3 2 1 0 0,0% 0,2% 0,4% 0,6% 0,8% Concentrazione del rame, c 1,0% 1,2% Il futuro delle risorse minerarie Rame dalla crosta terrestre? Nel 2007 sono state estratte dalle miniere 15,6 milioni di t di Rame. Bringham Canyon Mine, Utah Per ottenere questo quantitativo dalla crosta (dove è presente con una concentrazione di circa 65 ppm) sarebbe necessario smuovere 250 miliardi di t di roccia. Si tratterebbe di un enorme buco di 1 km di profondità e di 5 km di raggio. L’energia necessaria per estrarre un kg di rame dalla crosta è di circa 30 GJ/kg, ovvero 740 kg di petrolio per 1 kg di metallo!! Per soddisfare la domanda di Rame, occorrerebbe usare l’intera produzione del pianeta di carbone,petrolio e gas naturale. Il futuro delle risorse minerarie I costi energetici stanno davvero aumentando? La valutazione non è semplice, dal momento che l’aumento del costo dell’energia ha spinto a misure di miglioramento dell’efficienza. Nel caso di Oro e Argento si osserva tuttavia un trend all’aumento. Consumi energetici specifici per l'estrazione di oro e argento negli USA 16 14 Energia (GJ/kg) 12 10 8 6 4 2 0 1987 1992 1997 U.S. Department of Energy, Energy and environmental profile of the U.S. mining industry, 2002 (per i consumi) USGS (per i dati di produzione di Au e Ag) Il futuro delle risorse minerarie Il riciclo Il riciclo è importante ed è in crescita, ma è limitato dalla degradazione entropica della materia. Se il metallo è usato in un applicazione dispersiva (polveri, film sottili), il recupero è molto più difficile ed energeticamente dispendioso Riciclo di metalli negli USA, 2001-2005 Zinco Min Max Titanio Stagno Nickel Magnesio Piombo Ferro/acciaio Rame Cromo Alluminio 0 10 20 30 40 50 60 % di minerale riciclato 70 80 90 Il futuro delle risorse minerarie L’acqua sotterranea è trattata come una risorsa mineraria, Jakarta, Indonesia Gujarat, India Dhaka, Bangladesh In molti luoghi del mondo l’acqua viene prelevata in modo insostenibile. I prelievi superano le ricariche delle piogge del 30-60% e le falde si abbassano quasi ovunque. Fonte: UNEP, Groundwater and its susceptibility to degradation, 2003. Il futuro delle risorse minerarie In Arabia Saudita è stato già raggiunto il picco dell’acqua prelevata dal sottosuolo, come ha mostrato Ugo Bardi su The Oil Drum. Acqua utlizzata come percentuale delle risorse rinnovabili 140% 130% 120% % di consumo In diversi paesi aridi l’acqua utilizzata supera l’ammontare delle risorse rinnovabili, per cui vengono utilizzate le falde in modo insostenibile. 110% 100% 90% Egitto Giordania 80% Uzbekistan Fonte: UNEP, GEO data portal 70% 60% 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 Il futuro delle risorse minerarie Conclusioni • 16 minerali hanno presentato un picco di produzione tra il 1970 e il 2007; tra questi mercurio, piombo, cadmio, argento, antimonio, zinco e cadmio. • Altri 10 minerali potrebbero presentare un picco di produzione nei prossimi anni; tra questi litio, titanio, tungsteno, rame, stagno e nickel • Il modello logistico fornisce previsioni delle riserve economicamente sfruttabili in buon accordo con i dati dell’USGS • La minore disponibilità di energia potrebbe porre dei limiti allo sfruttamento delle risorse marginali • Ogni minerale può essere sostituito con altri, ma questo non sarà sempre facile, dal momento che i picchi stanno avvenendo più o meno tutti insieme. • Il riciclo è importante, ma può funzionare solo se si limitano le applicazioni dispersive dei minerali. «Il mondo non esaurirà le sue risorse geologiche. Diventeranno semplicemente sempre più care e la loro utilità diminuirà sia per decisione umana, sia per l’impossibilità di ottenere un guadagno energetico.» Earl Cook, Limits to Exploitation of non renewable resources, Science, 191, 676 (1976)