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)