Сверкающая бездна. Какие тайны скрывает океан и что угрожает его глубоководным обитателям - Хелен Скейлс
Спрос на металлы будет зависеть от конкретных технологий и машин, используемых для обезуглероживания повседневной жизни каждого человека. Уже сейчас есть множество способов производства, хранения и использования возобновляемой энергии, основанных на разных элементах периодической таблицы.
Существуют два основных варианта для обуздания энергии ветра: наземные и морские турбины. Наземные турбины, как правило, оснащены редуктором, который преобразует плавное движение лопастей в гораздо более высокую скорость вращения электрического генератора. Основным металлом для изготовления катушки генератора является медь, и это один из элементов, который можно добывать из глубоководных конкреций и на подводных горах.
Ветряные электростанции, построенные в море, работают обычно при гораздо более сильном ветре, а движущиеся части редуктора турбины не приспособлены к нагрузкам, связанным с быстро вращающимися лопастями. Поэтому в морских турбинах нет редукторов, вместо них используется механизм прямого привода с многосложным генератором, детали которого содержат в том числе и редкоземельные металлы. На самом деле большинство их семнадцати известных редкоземельных элементов не так уж редки. Такое впечатление возникает из-за того, что они практически не встречаются в концентрированных месторождениях, и это делает их добычу более трудной и дорогостоящей. В незначительных количествах редкоземельных металлов нуждаются самые разные отрасли – от производства смартфонов и плазменных экранов до очков ночного видения, радаров и высокоточного оружия, а в основном они используются для изготовления керамики, стекла и каталитических нейтрализаторов в автомобилях. Сплавы редкоземельных неодима и диспрозия применяются при создании мощных магнитов для морских ветряных турбин.
На сегодняшний день Китай – крупнейший в мире поставщик редкоземельных металлов, и это порождает множество проблем. После территориального спора в 2010 году Китай прекратил их экспорт в Японию, что вызвало скачок мировых цен на эту категорию металлов. Совсем недавно, в 2019 году, редкоземельные металлы стали причиной американско-китайской торговой войны, поскольку Китай намекнул, что может ограничить их экспорт в США. Учитывая влияние геополитики на бесперебойные поставки, не удивительно, что китайские и другие горнодобывающие компании крайне заинтересованы в глубоководных месторождениях редкоземельных металлов, включая тихоокеанские конкреции.
Однако вскоре могут появиться турбины новой конструкции, в которой будут использованы другие металлы. В 2019 году датский консорциум провел успешные полномасштабные полевые испытания турбины с прямым приводом, в которой неодимовые магниты были заменены сверхпроводником. По сравнению с привычными механизмами турбины со сверхпроводниками будут дешевле в изготовлении и эксплуатации, поскольку они легче, эффективнее и для них требуется гораздо меньше редкоземельных металлов. Одна такая турбина будет содержать примерно килограмм гадолиния, в то время как на создание неодимового магнита требуется около тонны этого металла.
Поэтому важнейшие вопросы для рынка возобновляемых источников энергии касаются того, за какими турбинами будущее – наземными или морскими – и каких они будут конструкций. В настоящее время на наземные ветряные турбины приходится 70 % мирового рынка ветряных электростанций. Какие виды турбин будут пользоваться большим спросом в ближайшие годы и, следовательно, в каких металлах возникнет наибольшая потребность, будет зависеть от государственной поддержки, проектов для конкретных местных условий и многих других факторов.
Ну а в солнечной энергетике доминирует единственная технология, разработанная более шестидесяти лет назад. Фотоэлектрические элементы на основе кремния – это солнечная технология первого поколения, панели которой состоят из тонких пластин кремния, высвобождающих электроны при попадании на них фотонов света. Серебряная паста, добавленная в кремниевую пластину, замыкает эти электроны в цепь, поскольку серебро является лучшим из известных проводников электричества. Недавний анализ рынка связал растущий спрос на солнечные батареи с ростом цен на серебро. И хотя на гидротермальных источниках можно добыть какое-то количество серебра, крупномасштабная добыча тихоокеанских конкреций в данном случае бессмысленна.
Уже доступны солнечные батареи второго поколения, включая элементы на основе теллурида кадмия. В них меньше серебра, но они нуждаются в теллуре – металле, который можно было бы добыть на подводных горах. Однако пока что эти и другие разработки солнечных батарей не пользуются большим спросом на мировых рынках, главным образом потому, что привычные элементы на основе кремния трудно превзойти. С момента изобретения в 1950-х годах их эффективность выросла с 6 до 20 %[99], а стоимость при этом снизилась более чем в 5 раз по сравнению с девяностыми годами. Чтобы конкурировать с ними, нужно либо изобрести нечто совершенно новое, либо значительно снизить цены на свой продукт. Новая технология третьего поколения солнечных батарей, возможно, изменит ситуацию с возобновляемыми источниками энергии. Одна из перспективных разработок – солнечные элементы из минерала перовскита. В 2019 году над коммерциализацией этой технологии работали более десятка компаний по всему миру. Новые солнечные панели из перовскита функционируют так же, как и кремниевые, однако они эффективны только при размере с почтовую марку. Если удастся стабилизировать их работу при более крупных габаритах, они могут стать своего рода распыляемыми «солнечными чернилами», которые будут генерировать электричество в самых неожиданных местах: на стенах и окнах, крышах автомобилей и крыльях самолетов, даже на одежде. Вдобавок ко всему, такие батареи можно будет изготавливать из различных дешевых и доступных материалов. Обычно перовскиты содержат органические молекулы (состоящие из углерода, водорода и азота), один из галогенов (часто йод или хлор) и свинец – недефицитный металл, который не является целью глубоководной добычи.
* * *
Аргументы в пользу добычи ископаемых на морском дне обычно сводятся к необходимости электрификации мирового парка легковых и грузовых автомобилей. Отказ от транспортных средств, работающих на ископаемом топливе, имеет большой экологический смысл. Стандартный двигатель внутреннего сгорания работает посредством организованной последовательности действий, эффективность которых всего 30 %. Рев автострад и обжигающий жар автомобильного радиатора свидетельствуют о бесполезной потере энергии в виде тепла и шума. Электромобили работают намного тише, а их КПД обычно более 90 %. Заряжать их можно от источника возобновляемой электроэнергии. При этом уровень выбросов углекислого газа будет гораздо ниже, чем при использовании бензина или дизельного топлива. К тому же, независимо от способа получения электроэнергии, электромобили избавляют от проблем локального загрязнения воздуха в городах, поскольку не выбрасывают в атмосферу выхлопных газов. Однако большинство современных конструкций аккумуляторных батарей требует немалого количества кобальта: в среднем для изготовления электродов требуется около девяти килограммов этого весьма проблематичного с точки зрения добычи металла, который встречается в морских глубинах.
В настоящее время более половины мировых поставок кобальта идет из Демократической Республики Конго (ДРК), расположенной в Центральной Африке, одной из самых бедных и политически нестабильных стран мира. Кобальт в Конго добывают в основном на крупных открытых карьерах, которые конкурируют с двумя сотнями тысяч несанкционированных, вырытых вручную с помощью стамесок и молотков. В поисках
