Il futuro delle risorse minerarie Marco Pagani ASPO - Italia.

Il futuro delle risorse minerarieMarco Pagani

ASPO - Italia

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 …

Il futuro delle risorse minerarie

Tutto è iniziato da un articolo su The Oil Drum …

Funzione logistica P e sua derivata p t o è il tempo per cui P=K/2

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

-10 -5 0 5 10

r (t-to)

P(t

)/K

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

p(t

)/K

r

P/K

p/Kr


La funzione logistica non è solo una curva di fit, ma il più semplice dei modelli dinamici di esaurimento delle risorse

Linearizzazione di Hubbert - produzione mondiale di zirconio

0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0,12

0,14

0,16

0 5 10 15 20 25 30 35 40

P (Mt)p

/P

Dati USGSDati USGS usati per la regressioneLinearizzazione (med)Linearizzazione (min)Linearizzazione (max)

Po è la produzione cumulativa al tempo to

K la quantità totale di risorsa (URR)

r il tasso di sfruttamento

p è la produzione annua e P la produzione cumulativa.

Se i dati seguono una curva logistica, riportando p/P in funzione di P si ottiene una retta.

Esiste qualche elemento chimico che è stato sfruttato dall’umanità per oltre il 90%?

Sì, il mercurio


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 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

0

2

4

6

8

10

12

1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040

Anni

Pro

du

zio

ne

ann

ua

(kto

ns)

Picchi di congiuntura economica e storica

Picco di esaurimento fisico della risorsa

Nel 1971 il mercurio è definito inquinante atmosferico pericoloso dall’EPA


Produzione cumulativa mondiale di mercurio

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040

Anni

Pro

du

zio

ne

cum

ula

tiva

(M

ton

s)

URR


Riserve economicamente sfruttabili

Riserve marginali e subeconomiche

Produzione cumulativa al 2007

Riserve complessive

(“Reserve base”)

URR min

URR max

URR = Ultimately Recoverable Resource

Cosa si intende per “riserve”?


Il Piombo presenta un picco nel 1978

Quanto durerà la ripresa degli anni 2000?


Produzione annua mondiale di piombo

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5

1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060

Anni

Pro

du

zio

ne

ann

ua

(Mto

ns)

1988 lead contamination control act

Questa è davvero una previsione pessimistica?


Non sembra esserci molto più piombo disponibile …

Produzione cumulativa mondiale di piombo

0

100

200

300

400

500

600

1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060

Anni

Pro

du

zio

ne

cum

ula

tiva

(M

ton

s)

URR


Il Cadmio presenta un picco nel 1992;

è un picco dovuto a motivi legislativi ed economici?


Produzione annua mondiale di cadmio

0

5

10

15

20

25

30

1900 1950 2000 2050 2100

Anni

Pro

du

zio

ne

ann

ua

(Mto

ns)

1992 controllo dei livelli di cadmio nei luoghi di lavoro

1995 riduzione degli impieghi dispersivi di Cd (vernici, additivi)


Oppure ad esaurimento fisico?

Produzione cumulativa mondiale di cadmio

0

0,5

1

1,5

2

2,5

1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060

Anni

Pro

du

zio

ne

cum

ula

tiva

(M

ton

s)

URR


Produzione annua mondiale di argento

0

5

10

15

20

25

1900 1950 2000 2050 2100

Anni

Pro

du

zio

ne

ann

ua

(kto

ns)

Produzione annua mondiale di antimonio

0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0,12

0,14

0,16

0,18

1900 1950 2000 2050 2100

Anni

Pro

du

zio

ne

ann

ua

(Mto

ns)

Produzione cumulativa mondiale di antimonio

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

1900 1950 2000 2050 2100

Anni

Pro

du

zio

ne

cum

ula

tiva

(M

ton

s) URR

Produzione cumulativa mondiale di argento

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

2

1900 1950 2000 2050 2100

Anni

Pro

du

zio

ne

cum

ula

tiva

(M

ton

s) URR

Antimonio Argento


Produzione cumulativa mondiale di zinco

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1900 1950 2000 2050 2100

Anni

Pro

du

zio

ne

cum

ula

tiva

(M

ton

s) URR

Produzione cumulativa mondiale di stagno

0

5

10

15

20

25

30

1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040

Anni

Pro

du

zio

ne

cum

ula

tiva

(M

ton

s)

URR

Produzione annua mondiale di zinco

0

2

4

6

8

10

12

1900 1950 2000 2050 2100

Anni

Pro

du

zio

ne

ann

ua

(Mto

ns)

Produzione annua mondiale di stagno

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040

Anni

Pro

du

zio

ne

ann

ua

(Mto

ns)

Zinco Stagno


Produzione cumulativa mondiale di rame

0

0,5

1

1,5

2

1900 1950 2000 2050 2100

Anni

Pro

du

zio

ne

cum

ula

tiva

(G

ton

s)

URR


Il modello logistico è meno preciso dei casi precedenti, perché il picco si trova abbastanza “in là” nel futuro.

La stima della URR è tuttavia persino più ottimistica di quella fornita dalla USGS

RameProduzione annua mondiale di rame

0

0,002

0,004

0,006

0,008

0,01

0,012

0,014

0,016

0,018

1900 1950 2000 2050 2100

Anni

Pro

du

zio

ne

ann

ua

(Gto

ns)

C’è abbastanza rame per tutti?

Le riserve di rame ammontano a 500 Mt, pari a circa 70 kg per ogni abitante del pianeta.

Questa quantità sembra essere sufficiente per garantire un minimo sviluppo tecnologico all’Africa e alle altre zone rurali del mondo.

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 …


Litio

I dati fino al 2004 fanno pensare a un picco verso il 2010.

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

Produzione annua mondiale di litio

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

1930 1950 1970 1990 2010 2030 2050 2070

Anni

Pro

du

zio

ne

ann

ua

(Mto

ns)

Produzione cumulativa mondiale di litio

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

1930 1950 1970 1990 2010 2030 2050 2070

Anni

Pro

du

zio

ne

cum

ula

tiva

(M

ton

s)

A causa di una disomogeneità nei dati USGS, non è possibile confrontare i la produzione cumulativa con le URR

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.

E se si scoprono altri giacimenti?

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

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)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020

UR

R(M

t)

0

5000

10000

15000

20000

25000

UR

R (

Mt)

Rame

Piombo

Zinco

Ferro


Produzione annua della miniera di argento di Comstock Lode, Nevada

0

100

200

300

400

500

600

700

1855 1860 1865 1870 1875 1880 1885 1890 1895 1900 1905 1910 1915 1920 1925

Pro

du

zio

ne

(k

ton

s)

minerale a bassa concentrazione

minerale ad alta concentrazione

cianurazione dei residui

La tecnologia di estrazione migliora, ma restano solo le briciole …

Earl Cook, Limits to Exploitation of non renewable resources, Science, 191, 676 (1976)


A

B

C

Distribuzione del rame nella miniera di Cujaone, Perù


Centro del filone:

0,240 Mt di Cu in

18 Mt di roccia

(1,32%)

Periferia del filone:

4,5 Mt di Cu in

513 Mt di roccia

(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


Estrarre minerale a bassa concentrazione ha un impatto assai più devastante sull’ambiente

Proteste in Australia contro la cianurazione dell’oro

Miniera a cielo aperto in Siberia.

Il buco è profondo oltre 500 m e ha un diametro di 1200


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 costo energetico aumenta se il minerale è meno concentrato

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

0,0% 0,2% 0,4% 0,6% 0,8% 1,0% 1,2%

Concentrazione del rame, c

En

erg

ia d

i est

razi

on

e p

er t

on

nel

lata

, E

/ A

A rappresenta l'energia necessaria per l' e-strazione e il trattamento di una t di Cu all'1%

Anno 2000: c=0,16%, E/A=9,25

Anno 1976: c=0,35%, E/A=3



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.

Nel 2007 sono state estratte dalle miniere 15,6 milioni di t di Rame.

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.

Rame dalla crosta terrestre?

Bringham Canyon Mine, Utah

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)

Consumi energetici specifici per l'estrazione di oro e argento negli USA

0

2

4

6

8

10

12

14

16

1987 1992 1997

En

erg

ia (

GJ

/kg

)

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.


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

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Alluminio

Cromo

Rame

Ferro/acciaio

Piombo

Magnesio

Nickel

Stagno

Titanio

Zinco

% di minerale riciclato

Min

Max


L’acqua sotterranea è trattata come una risorsa mineraria,

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.

Jakarta, Indonesia

Fonte: UNEP, Groundwater and its susceptibility to degradation, 2003.


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

60%

70%

80%

90%

100%

110%

120%

130%

140%

1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005

% d

i c

on

su

mo

Egitto

Giordania

Uzbekistan

In diversi paesi aridi l’acqua utilizzata supera l’ammontare delle risorse rinnovabili, per cui vengono utilizzate le falde in modo insostenibile.

Fonte: UNEP, GEO data portal


«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.»


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 futuro delle risorse minerarie Marco Pagani ASPO - Italia.

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