13

RESURSI MATERIJALA Poglavlje 2 2.1 Uvodna razmatranja Pouzdani zaključci o čovekovom uticaju na životno okruženje ne mogu se izvesti ukoliko se ne raspolaže podacima o količinama materijala koje čovek eksploatiše iz utrobe Zemlje i sa njene površine, modifikuje ih i odbacuje nakon upotrebe u to isto životno okruženje, menjajući na taj način njegovu strukturu. Proizvodnja i prerada materijala je u vrlo bliskoj korelaciji sa potrebama za njima. Postavlja se pitanje koliko su te potrebe zaista velike? Polazna tačka za ova razmatranja je statički prikaz rezervi koji na prvi pogled ostavlja utisak da su one enormne i neiscrpne. Naravno, ovakav prikaz nije realan, jer razvoj i eksploatacija imaju dinamički karakter pa samim tim ni prikaz nije statičan. Razvoj je danas glavni pokretač potrošačke ekonomije. Međutim, on utiče i na rast potrošnje materijala i energije. Brzina porasta potrošnje može da bude linearana, tj. da se povećava konstantnom brzinom, ali je mnogo češće eksponencijalna. Odatle proizilazi da je upravo eksponencijalni rast utroška materijala, preduslov razvoja, a samim tim i višeg standarda i lagodnijeg života. Eksponencijalni rast industrijske proizvodnje (čitaj i utroška materijala) ima već opisanu karakteristiku koja se naziva vreme dupliranja proizvodnje td. Ovaj parameter karakteriše period vremena u okviru koga se proizvodnja nekog materijala duplira po količini. Utrošak mineralnih resursa, energije i vode - raste vrlo superiorno na eksponencijalan način. To znači da trend tih utoršaka ima svojstvo dupliranja, s tim što su vremena dupliranja za neke materijale veoma kratka. Neki resursi su veoma veliki pa ne postoji opasnost od brzog iscrpljivanja. Takvi su na primer resursi iz kojih se eksploatišu aluminijum, kalcijum, hlor, vodonik, gvožđe, magnezijum, azot, kiseonik, kalijum, silicijum, natrijum i sumpor. Međutim, za druge tehničke materijale to nije slučaj jer su njihove rude lokalizovane a ekonomski raspoložive količine limitirane. Otud svojstvo vremena dupliranja proizvodnje kod eksponencijalnog rasta postaje razlog za zabrinutost: potrošnja ne može da se nastavi sa dupliranjem u nedogled. Sa druge strane i vađenje i prerada bilo kog materijala, bez obzira da li ga ima u izobilju ili ga ima, malo uslovljava veliki utrošak energije, što znači da je i energija resurs o kome treba voditi računa. Situacija oko iskorišćenja materijala izgleda poprilično alarmantno. Da li je to baš tako? Uzmimo za primer bakar. Prema analizama iz 1930. god. rezerve bakra su bile procenjene na 30 godina. Međutim, 2008. godine je iskorišćenje rezervi bakra ponovo procenjeno na 30 godina. Očigledno da ovde postoji još nešto osim eksponencijalnog rasta. 2.2 Utrošak resursa tehničkih materijala Materijali U sadašnjem trenutku utrošak tehničkih materijala na globalnom, svetskom, nivou iznosi prosečno 1,5 t svedeno na jednog stanovnika po godini. Međutim taj utrošak niti je ravnomerno raspoređen po različitim državama niti se svi materijali podjednako troše.

14

Na slici 2.1 je prikazana grafička ilustracija potrošnje nekih najvažnijih tehničkih materijala u logaritamskoj skali.

Slika 2.1 Godišnja svetska proizvodnja za 23 materijala od kojih zavisi savremeno industrijsko društvo (logaritamska raspodela) Prvi plavi stubić na levoj strani grafikona predstavlja utrošak fosilnih goriva (prvenstveno uglja i nafte) koji se trenutno koriste u količini od fantastičnih 9 milijardi (9x109) tona godišnje. Naredni skup stubića nadesno prikazan braon bojom predstavlja utrošak metala. Prvi braon stubić predstavlja utrošak čelika. Vizuelni pregled grafikona ostavlja utisak da je potrošnja čelika nešto malo veća od aluminijuma (koji je predstavljen narednim trećim stubićem. U stvarnosti, utrošak čelika prevazilazi čak za faktor 10 sve ostale metale zajedno. Čelik možda nema perspektive u industriji u odnosu na sve atraktivniji titanijum, ojačane kompozitne materijale i od skora nanometale, ali njegova svestranost u upotrebi, čvrstoća, žilavost, niska cena i široka dostupnost su za sada neprevaziđene. Sledeću grupu materijala predstavljaju polimeri; oni su prikazani sa četri plava stubića. Njihova potrošnja je pre pedesetak godina bila vrlo mala. Danas, potrošnja polimera koji se koriste kao roba široke potrošnje (u obliku polietilena (PE), polivinil hlorida (PVC), polipropilena (PP) i polietilen tereftalat (PET) prevazilazi utroške bilo kog metala izuzimajući čelik. Vrlo su veliki utrošci i onih tehničkih materijala koji su povezani sa industrijskim konstrukcijama. To se, između ostalog, odnosi i na drvo čija upotreba u konstrukcijama prevazilazi potrebe za čelikom, čak i kada se utrošak meri u tonama po godini (kao što je prikazano na slici 2.1). Veći je jedino utrošak betona koji prevazilazi sve materijale zajedno. Sledeći značajan tehnički materijal je asfalt (za izgradnju puteva) i staklo. Zadnja kolona daje prikaz utrošak perspektivnih tehničkih materijala poput onih ojačanih ugljeničnim vlaknima. Samo pre 20 godina ovi materijali su bili na dnu liste primene i potrošnje, a danas se njihova potrošnja približava titanijumu. Brzina njihove potrošnje je trenutno znatno veća u odnosu na titanijum.

15

Slika 2.2 Grafički prikaz potrošnje materijala po vrstama. Keramika dominira zbog enormne godišnje potrošnje betona Na slici 2.2 neki od ovih podataka su predstavljeni na drugi način: u vidu kružnog dijagrama sa procentualnim masenim učešćima svake grupe materijala ponaosob: metala, polimera, keramike i prirodnih materijala u ukupnoj potrošnji tehničkih materijala. Ovakav način prikazivanja jr bolji jer logaritamska skala na slici 2.1 može da zavara. Energija I pored toga što se ova knjiga bavi materijalima, nemoguće je zaobići energiju koja je nerazdvojivo povezana sa proizvodnjom i preradom tehničkih materijala, njihovom upotrebom i kasnijim odlaganjem. SI jedinica energije je džul (J), ali kako je ona vrlo mala najčešće se koriste kJ (103 J), MJ (106 J), ili GJ (109J). Snaga predstavlja utrošak enegrije: J/s, ili wat (W), ali kako je i to mala jedinica, u upotrebi se češće koriste kW, MW ili GW. U svakodnevnoj upotrebi je i kWh, što u ustvari predstavlja broj kW utrošenih za 3600 s, tj. 1 kWh=3,6 MJ. Danas postoje na raspolaganju dve velike grupe izvora energije:

Obnovljivi izvori energije (čiji je glavni predstavnik energija Sunca koja se konvertuje na Zemlji u energiju vetra, hidromehaničku energiju ili biološku i hemijski vezanu energiju u živim ćelijama i organizmima, energija kretanja mora i okeana na bazi privlačnih sila Meseca, i po nekima geotermalna energija koja se generiše najvećim delom nuklearnom dezintegracijom teških radiogenih elemenata) i;

Neobnovljivi izvori energije koji predstavljaju fosilizovanu formu solarne energije.

Uočava se da su manje ili više svi izvori ograničeni, ali je vremenska skala njihovih ograničenja za prvu grupu toliko velika da se slobodno može reći da su oni neiscrpni. Kod izražavanja ukupne svetske potrošnje energije koristi se jedinica eksadžul (simbol EJ, milijardu milijardi J odnosno 1018 J).

16

Slika 2.3 Globalna godišnja potrošnja energije po izvorima. Jedinice sa leve strane su eksadžuli (1018 J) a sa desne kWh Iznos svetske potrošnje energije 2008. god. bio je oko 500 EJ, i naravno, ta potrošnja raste. Raspoloživi izvori energije su prikazani na slici 2.4. Vidi se da dominira potrošnja fosilnih goriva (dakle neobnovljivih resursa) kojima se obezbeđuje nekih 86 % ukupno potrebne energije (slika 2.4a). Upotrebom nuklearnih goriva se ostvaruje oko 7 % potrebne energije, energijom vetra, hidromehaničkom energijom i konverzijom solarne u električnu oko 7 %. Zalihe sunčeve energije su enormne, ali za razliku od fosilnih i nuklearnih goriva u kojima je energija koncentrisana, sunčeva energija je široko distribuirana, pa je osnovni problem u koncentrisanju te energije.

Slika 2.4 Globalna potrošnja energije po: (a) izvorima i (b) upotrebi. Neobnovljivi izvori zasnovani na ugljeniku (nafta, gas i ugalj) učestvuju sa 86% Slike 2.3 i 2.4 su bazirane na takozvanim primarnim vidovima energije (fosilna, nuklearna i svi obnovljivi) koji se konvertuju u sekundarne (električna, energija tople

17

vode i vazduha, prerađena goriva) i na kraju namenske-finalne vidove (svetlosna, elektromagnetna, toplotna i pogonska). Prilikom svake konverzije dolazi do određenog gubitka energije. Ipak na osnovu prvog zakona termodinamike zna se da je najveći deo energije moguće konvertovati i korisno upotrebiti. Onaj izgubljeni deo prilikom energetske konverzije se manifestuje najčešće kao niskokvalitetna toplota medijuma niskih temperatura. Iz, za sada, nedovoljno jasnih razloga ona se gotovo ni malo ne može iskoristiti. Većina ove energije jednostavno „pobegne” iz sistema za konverziju i tako je nepovratno izgubljena. Zbog toga, energetska konverzija kao nusprodukt generalno ima toplotu niskog kvaliteta. Izuzetak je konverzija električne energije u toplotnu energiju kod koje je efikasnost blizu 100 %. Energetska efikasnost različitih oblika konverzije jednog fenotipa energije u drugi (slika 2.5), se značajno razlikuje. Kada se kaže da je konverzija idealna misli se da je ona iz jednog vida u drugi sprovedena bez gubitaka.

Slika 2.5 Šest fenotipova energije. Svaki se može transformisati u neki drugi, što je i grafički označeno linijama, ali sa različitom efikasnošću konverzije U tabeli 2.1 su prikazane praktične efikasnosti različitih energetskih konverzija. Vidi se da je efikasnost nekih konverzija vrlo mala (npr. konverzija solarne energije u električnu). Kao praktičan način za prikazivanje efikasnosti energetske konverzije se koristi izraz:

iz

ul

P

P

Gde je Piz konvertovana energija, Pul energija uvedena u proces konverzije. Proizvodnja metala preradom njihovih oksidnih, sulfidnih ili karbonatnih ruda, na primer, podrazumeva konverziju hemijski vezane energije u rudama u – energiju koja bi mogla (teoretski) da se regeneriše reoksidacijom, rekarbonizacijom ili resulfidizujom metala. Ta regenirisana energija naravno je znatno manja od energije

18

koja se uloži za proizvodnju metala, što znači da je efikasnost energetske konverzije mala.

Izdvajanje metala iz njihovih ruda je skopčano sa procesom energetske konverzije usled prestruktuiranja atomskih veza unutar rude i dobijenog proizvoda. Utrošena energija za proizvodnju jedinice mase materijala iz njihovih ruda i sirovina se naziva sadržanom energijom. Ovaj termin je po malo zavaravajući; jer je samo jedan deo energije zaista „sadržan” u smislu da ga je moguće reverzibilnim postupkom ponovo dobiti. Deo energije koja učestvuje u sadržanoj energiji predstavlja takozvanu slobodnu energiju koja predstavlja razliku sadržane energije u prečišćenom metalu i materijalu rude iz koje se on dobija. Na primeru metala - gvožđa koje se dobija redukcijom iz oksidne rude hematita Fe2O3, u visokim pećima to izgleda ovako: Hemijska termodinamika zahteva da se za redukciju kiseonika O3 iz hematita Fe2O3 i dobijanje čistog gvožđa Fe utroši minimalna količina energije u iznosu od 6,1 MJ/kg. To znači da ova vrednost (6,1 MJ/kg) predstavlja u stvari slobodnu energiju oksidacije gvožđa u odgovarajući oksid. Ta energija bi teoretski mogla da bude povraćena, drugim rečima regenerisana reoksidacijom gvožđa pod kontrolisanim uslovima (ona je zaista “sadržana”). Međutim, izmerena energija za dobijanje gvožđa - količina koja se naziva sadržanom energijom - je tri puta veća i ona iznosi 18 MJ/kg. To znači da je efikasnost konverzije samo 33 %. Gde je otišao ostatak energije? Većina te energije se izgubi kao toplotni gubitak u gasovima u visokoj peći. Slični gubici redukuju efikasnost sinteze i prečišćavanja gotovo svih materijala. Voda Pri proizvodnji većine tehičkih materijala koristi se još jedan važan resurs - voda. To je obnovljivi resurs, ali samo do nivoa koji to ekosistem dozvoljava. Rastuća potreba čovečanstva za vodom sada postavlja obezbeđenje vode kao poseban problem: svetska potreba za vodom se trostruko uvećala u poslednjih pedeset godina. Predviđanja sugerišu da će voda možda postati važna kao što je to danas nafta i da će više od polovine čovečanstva biti bez pristupa vodi do 2020. god. Poljoprivreda je

19

najveći svetski potrošač vode. Ona troši oko 65 % celokupne slatke vode. Ne postoji ni ravnomernost u potrošnji vode. Najveći potrošači vode su industrijske zemlje. Potreba za vodom pri proizvodnji metala (i tehničkih materijala uopšte) ustanovljava se odnosom uvedene i izvedene vode iz procesa. Pri tome se koriste jedinice: litri vode po kg proizvedenog materijala, l/kg (ili, ekvivalento, kg/kg, budući da litar vode teži 1 kg). Raspon utroška vode kod energetskih materijala je u rasponu od 10 l/kg do 1000 l/kg. Za koje potrebe se u stvari voda koristi? U proizvodnji čelika, na primer voda se koristi pri ekstrakciji minerala (tako da se posebno izdvoje gvozdena ruda, minerali - poput krečnjaka i eventualno fosilna goriva), za kondicioniranje materijala (uklanjanje prašine), kontrolu zagađenja (skruberi kako bi se počistili otpadni gasovi), i za hlađenje materijala i opreme.

Slika 2.6 Globalna distribucija vode. Samo jedan mali deo (0,8%) je dostupan kao slatka voda

U ovim razmatranjima se ne uzima u obzir utrošak slane vode. Slana voda je maksimalno dostupna i rasprostranjena (na nju otpada 97 % ukupne vode na Zemlji). Slataka voda zauzima nešto manje od 1 %; ostatak do 100 % predstavlja sveža voda koja se nalazi u obliku leda u glečerima i na polovima (slika 2.6). Utrošak vode sa porastom upotrebe prirodnih materijala (poput npr. drveta ili industrijskog bilja) zahteva da se napravi razlika između onih materijala za koje je neophodno navodnjavanje i onih za koje to nije nužno. Za proizvodnju nekih biljaka koje predstavljaju resurse za proizvodnju tehničkih materijala (drvo, bambus, pluta) neophodno i nužno je navodnjavanje. Druge biljke, kao npr. one koje se koriste za produkciju nekih termoplastika (celulozni polimeri, polihidroksialkanoati, polilaktidati, termoplastika dobijena iz skroba), kao i one koje se koriste kao stočna hrana (za dobijanje kože) generalno zahtevaju navodnjavanje. Iz tog razloga se razlikuje komercijalna upotreba vode i ukupna upotreba vode. Za većinu materijala ove dve vrednosti su iste, ali tamo gde ukupan utrošak vode pri porastu drveća i biljaka uključuje vodu za navodnjavanje, komercijalna upotreba vode je samo ona voda koja se koristi za navodnjavanje. I u proizvodnji električne energije se koristi energija u procesu hlađenja (sa gubicima u procesu isparavanja), kao i za uklanjanje prašine i pranje. U Tabeli 2.2 su prikazani utrošci vode po MJ proizvedene električne energije koja se distribuira preko javne mreže, i za električnu energiju proizvedenu u industrijskim postrojenjima.

20

Ovde valja napomeniti da je proizvodnja industrijske električne energije mnogo efikasnija zbog mogućnosti korišćenja vrelih gasova i para koji nastaju prilikom proizvodnje struje sagorevanjem fosilnih goriva. Nasuprot njima kod proizvodnje električne energije za javnu distribuciju ovi gasovi se ispuštaju u atmosferu. 2.3 Eksponencijalni rast i duplirajuća vremena Savremene visokoindustrijalizovane zemlje, sa svojim visokim standardom života i zahtevnim industrijskim standardima jako su zavisne od ustaljeng i kvalitetnog snabdevanja sirovinskim materijalima. Većina tehničkih materijala se proizvodi po stopi koja ekponencijalno raste sa vremenom. Za neke materijala ona je približno eksponencijalna, ali se može aproksimirati eksponencijalnom krivom. Takav brzi porast utroška materijala je uslovljen rastućom globalnom populacijom i standardom života.

Slika 2.7 Eksponncijalni rast. Proizvodnja P se duplira u vremenskom intervalu td 70/r, gde r % predstavlja godišnju stopu rasta Ako je trenutna godišnja proizvodnja materijala P (t/god) i ona raste po fiksnoj godišnjoj stopi r % , onda se brzina porasta proizvodnje može definisati izrazom:

21

100

dP rP

dt

Integracijom ovog izraza po vremenu t dobija se izraz za godišnju proizvodnju u proizvoljom vremenskom trenutku u obliku:

( )exp

100o

o

r t tP P

gde je Po godišnja proizvodnja u trenutku vremena t = to. Na gornjem delu slike 2.7 je prikazan trend porasta proizvodnje materijala P sa prolaskom vremena kao i trend ubrzavanja dP/dt ove proizvodnje u vremenu. Logaritmovanjem izraza 2.2 dolazi se do oblika:

10log 2,3log100e o

o o

P P rt t

P P

Slika 2.8 Rast proizvodnje tri metala u vremenskom intervalu od preko 100 godina, prikazan na linearnoj i semilogaritamskoj skali

Vidi se da log10(P/Po) ima linearnu zavisnost u funkciji od vremena t (kako je prikazano na slika 2.7, dole) i da nagib te prave u odnosu na apscisu iznosi r/230. Na slici 2.8 prikazana je promena godišnje proizvodnje tri metala u prethodnih 100 godina (Al, Zn i Cu). Na gornjem delu slike ova promena je prikazana u vidu linearne zavisnosti, a na donjem delu slike u vidu semilogaritamske skale, identično kao na

22

slici 2.7. Isprekidanom linijom je prikazan trend brzine porasta proizvodnje koji odgovara stopi porasta godišnje proizvodnje od 2%, 5% i 10%. Proizvodnja bakra i cinka ima trend porasta od konstantnih 3% godišnje u okviru ovog perioda. Aluminijum je u početnom periodu primene imao porast sa blizu 7% godišnje ali se sada vratio na nekih 4% godišnje. Za eksponencijalni porast proizvodnje je karakteristično tzv. vreme dupliranja proizvodnje tD u okviru koga se proizvodnja duplira po količini. Postavljajući P/ Po=2 u jednačini 2.2 dobija se

rtt eD

70)2(log

100

Ukupna ostvarena proizvodnja Qt u vremenskom intervalu od to do t* dobija se integraljenjem jednačine 2.2 po vremenu, čime se dobija

t

t

oo

o

ttr

r

PPdtQt 1

100

(100

Ovaj rezultat ilustruje najupadljivije svojstvo eksponencijalnog rasta. Pri globalnoj stopi rasta od 3% po godini potrebno je u stvari iskopati, provesti rudu kroz tehnološki proces i odlagati nus proizvode i proizvode sa prevaziđenim tehičkim vekom više materijala u narednih 25 godina nego što je to slučaj za kompletnih 300 godina od početka industrijske revolucije do danas. To svakako predstavlja alarmantni podatak. 2.4 Rezerve, resursi i trajnost resursa Danas industrija u velikoj meri zavisi od rezervi materijala koji stoje kao sirovina na raspolaganju za proizvodnju. U vezi pojma rezerve pominju se i resurs i potencijal na određenom području. Da bi se adekvatno upotrebljavali ovi pojmovi valja ih definisati i razdvojiti:

Pod potencijalom nekog materijala se podrazumeva njegova sveukupna prisutnost ili depozit na određenom prostoru;

Resurs nekog materijala je samo deo potencijala koji se raspoloživim tehnologijama može izvaditi iz prirode i preraditi u neki korisniji oblik, a

Rezerva je samo deo resursa koji je ekonomski isplativ za dalju preradu. Dakle, mineralne rezerve R se definišu kao deo poznatih mineralnih ležišta koje postoje na određenom prostoru, koje se mogu legalno iskopati i na ekonomski isplativ način dalje prerađivati u industrijske sirovine. Prirodno je da rezerve podrazumevaju ukupnu trenutnu količinu minerala u zemlji koja je dostupna i ekonomski isplativa za dalju namenu. To znači da kada se jednom iskoristi više je nema i da se na taj način rezerve sve više smanjuju. Međutim ovakav pristup je pogrešan. U stvarnosti rezerve predstavljaju ekonomsku kategoriju koja je promenljiva i koja čak u određenim ekonomskim, tehničkim i normativnim uslovima može da raste. Porast rezervi može da se ostvari unapređivanjem tehnologija za vađenje i ekstrakciju minerala. Sa druge strane zakonodavstvo u oblasti zaštite životne sredine ili promenljiva politička klima mogu na određeni način da smanje rezerve raznim ograničenjima i zabranama. Porast potreba za metalima stimuliše dalja istraživanja u domenu vađenja ruda i ekstrakciji

23

metala iz njih što za posledicu ima porast rezervi. Stoga se može reći da one imaju tendenciju rasta paralelno sa potrošnjom. Tako su npr. svetske rezerve olova tri puta veće danas nego što su to bile 1970-tih godina pri čemu je godišnja potrošnja porasla za sličan faktor. Resurs nekog minerala predstavlja njegovu realnu ukupnu raspoloživost podrazumevajući dostupne tehnologije eksploatacije. Resurs je najčešće mnogo veći u odnosu na rezervu. On uključuje ne samo trenutne rezerve već i sve iskoristive depozite koji mogu da budu na raspolaganju nekim budućim istraživanjima. Resursi uključuju i poznate i nepoznate depozite koji u ovom trenutku ne mogu da se iskopavaju profitabilno, ali mogu da postanu dostupni u budućnosti, kada cena tih materijala poraste i kad se razviju bolje tehnologije ili usavrši transport. Iako su resursi znatno veći u odnosu na rezerve, većina tih resursa nije trenutno dostupna zbog nepostojanja odgovarajuće tehnologije pa je samim tim i njihova procena vrlo nesigurna. Razlika između rezervi i resursa je ilustrovana na slici 2.9. Stepen sigurnosti sa kojim se definišu rezerve i resursi zavise od pouzdanosti procena raspoloživosti sirovinskog minerala kao i od usavršenosti tehnologija za ekstrakciju iz sirovinskog minerala. Slika 2.9 Razlika između rezervi i resursne baze. Resursna baza je utvrđena. Rezerve predstavljaju deo ove baze koji je otkriven i koji se može ekonomski iskoristiti u procesu eksploatacije Najvećim pravougaonikom je definisana veličina resursa. Mali zeleni pravougaonik predstavlja rezervu od kojih je mali deo (obojen sivo) već iscrpljen u procesu prethodne eksploatacije. Rezerve se šire nadole ovladavanjem novih tehnologija za vađenje ruda ili povećanjem cene (što omogućava da se siromašnije rude iskopavaju profitabilno). Rezerve se takođe šire na desno novim terenskim istraživanjima. U principu postoje brojni faktori koji uslovljavaju da li će se neki potencijal svrstati u rezervu ili resurs. To su:

Cena minerala. Kako cena metala raste postaje profitabilno vađenje i obrada niskokvalitetnih i siromašnih ruda.

24

Usavršavanje tehnologije. Nove metode za ekstrakciju mogu da povećaju ekonomsku isplativost eksploatacije siromašnih ili niskokvalitetnih ruda.

Troškovi proizvodnje. Povećanje cene goriva ili troškova proizvodnje može učiniti neke depozite neekonomičnim.

Zakonodavstvo i normativi. Pooštravanjem ili proširivanjem zakona u oblasti zaštite životne sredine mogu se povećati ili sniziti troškovi proizvodnje i omogućiti ili onemogućiti pristup raspoloživim potencijalima.

Iscrpljivanje. Prilikom kopanja troše se rezerve, a novim istraživanjima one se povećavaju. Stopa proizvodnje koja prevazilazi nova istraživanja dovodi do problema koje čovečanstvo trenutno ima pa se rezerve smanjuju.

Iz izloženog se zaključuje da su rezerve iz kojih se dobijaju materijali prilično fleksibilne. Bezobzira na to, ipak je vrlo važno imati predstavu o njihovim trenutnim vrednostima kako bi kompanije mogle da procene svoju imovinu a vlade zemalja obezbede dostupnost materijalima koji su kritični za njihove privrede. Postoje više različititih procedura za procenu trenutnih rezervi. Kritičnost resursa: vreme iscpljivanja Dostupnost bilo koje robe na tržištu zavisi od ravnoteže između ponude i potražnje. Lanac nabavke materijala i prerade u robu je prikazan na slici 2.10. Na gornjem delu crteža je prikazan deo lanca kojim se vrši snabdevanje materijala koji ulaze u zalihe. Na donjem delu prikazano je da potražnja uslovljava preradu materijala u proizvode koji, sa druge strane, iscrpljuju zalihe.

Slika 2.10 Lanac nabavke materijala. Ako tržište funkcioniše efikasno, strana nabavke i potražnje bi trebalo da budu u ravnoteži. Nestašice nastaju kada potražnja prevaziđe ponudu. Na slobodnom tržištu, mehanizmi tržišta uspostavljaju dugoročnu ravnotežu između ponude i potražnje. Ponekad se mogu pojaviti kratkoročne neravnoteže zbog povećanje potražnje. Ipak ta neravnoteža brzo utiče na povećanje proizvodnje sa ciljem kompenzacije nastalog disbalansa. Nestašica materijala se pojavljuje onda kada lanac nabavke ne uspe da odgovori zahtevima industrijske prerade u robu. Do

25

neuspeha u ovom snabdevanju može doći iz više razloga. Najčešći razlog je da resursi postaju toliko iscpljeni i iskorišćeni da se ne mogu više ekonomski iskorišćavati. Postoje pokušaji da se predvidi vek trajanja resursa. Vreme iscrpljivanja odnosno statički indeks iscrpljivanja, tex,s se može definisati kao:

P

Rt sex ,

gde je R rezerva izražena u tonama, a P predstavlja potrošnju u tonama po godini. Međutim ovakav izraz ignoriše porast i proizvodnje i potrošnje. Porast proizvodnje P ne samo da nije konstantan već u principu raste sa vremenom po određenoj stopi R po godini. Ovo zapravo znači da će se rezerve utrošiti u vremenu tex,d poznatom kao dinamički indeks iscrpljivanja:

1100

ln100

,o

dex P

rR

rt

Slika 2.11 prikazuje statički i dinamički indeks za bakar u poslednjih sedamdeset godina. Statički indeks nije menjao vrednost oko četrdeset godina, a dinamički indeks je imao isto ponašanje za oko trideset godina. Kao pokazatelj predviđanja iskorišćenja resursa bakra, nijedan od ova dva indeksa ne uliva dovoljno poverenja. Da li neki od njih ima smisla? U suštini ovi indeksi ne ukazuju da će čovečanstvo ostati bez bakra, već da će zona komfora za eksploataciju bakra nestati negde posle 30 godina. Tek onda nastaju povodi za startovanje novih tehnologija i istraživanja. Iz tih razloga čovečanstvo mora da pristupi problemima kritičnosti izvora na drugačiji način.

Slika 2.11 Statički i dinamički indeks za bakar za poslednjih 70 godina Tržišna ravnoteža i slom tržišta Efikasno funkcionisanje tržišta podrazumeva da nabavka i obezbeđenje sirovine i potražnja robe proizvedene od njih stoje u ravnoteži. Kad tržište radi efikasno porast potražnje se odmah nadomešćuje povećanim terenskim istraživanjima depozita i unapređenjem tehnologija. Cena materijala onda odslikava pravu cenu vađenja rude za njegovo dobijanje i preradu. Međutim, to se ne može smatrati pravilom.

26

Neki resursi su široko rasprostranjeni, drugi nisu. Ako se desi da su neke rude, dovoljno bogate za vađenje i dalju preradu, locirane u samo nekoliko zemalja; onda se to naziva koncentracijom lanca nabavke. Može se desiti da politički nemiri, državni prevrati, pobune ili promene vlade na silu u jednoj od ovih zemalja, regiona ili u njihovom okruženju (kroz koje vrši transport) dovedu do zbrke i problema u isporuci. To stvara određenu neravnotežu u isporuci i utiče na to da tržište ne može trenutno da reaguje na promene. Takođe postoji mogućnost da nekoliko zemalja koji su isporučioci tih ruda ili metala ili bilo kog drugog materijala postignu dogovor o limitiranju isporuke i na taj način veštački definišu cenu. Takav vid udruživanja se naziva kartelom. Na ovakve neravnoteže, tržište ne može da odgovori trenutno pa je zato potrebno određeno vreme da bi se pokrenula nova postrojenja za vađenje i preradu kao i za uspostavljanje novih lanaca nabavke. Postavlja se pitanje – Da li se nestašice mogu predvideti? Odgovor na ovo pitanje zavisi od dostupnosti rezervi i tenologija za preradu:

Nestašice su manje verovatne ako postoje problemi u lancu nabavke, a on

je disperzan (depoziti ruda su široko distribuirani i postoji mnogo proizvođača i distributera).

Nestašice za retke materijale su nepredvidive; tada je pokušaj kontrolisanja cene limitiranjem snabdevanja mnogo verovatniji;

Nestašice koje su nastale kao posledice isrpljivanja mogu se neutralizovati razvojem tehnologija ekstrakcije koje mogu da rade sa siromašnijim rudama i sa povećanim recikliranjem.

Realniji indikatori kritičnosti Iz izloženog se vidi da se za uspostavljanje indikatora kritičnosti materijala moraju razmatrati dinamički uslovi eksploatacije, potrošnje kao i odnosi na tržištu. Takvo razmatranje je kompleksije pa se za analizu može koristiti slika 2.12. Mora se imati u vidu da je sirovinska baza (onaj veliki pravougaonik na slici 2.9) ograničen. Isprekidanom crnom linijom na slici 2.12 je prikazana grafički dinamika promene rezerve (kao iskoristivog dela resursa). U početku eksploatacije nekog materijala rezerve rastu. Sa intenziviranjem istraživanja tih depozita i usavršavanjem tehnologija ekstrakcije trend porasta rezervi se nastavlja. Eksploatacija tog materijala (crvena kriva) svojim inteziviranjem počinje da nagriza i smanjuje rezerve ali u početku stopa otkrivanja depozita umirujuće prevazilazi eksploataciju i nema nikakvih opasnosti. Međutim jednog momenta se dolazi do tačke kada je otkrivanje novih depozita i dalje unapređenje tehnologije prerade znatno teže, tako da rezerve iako stalno napreduju i stalno se uvećavaju rastu po stopi koja je ispod one koja se odnosi na njenu potrošnju. Dalje opadanje u brzini otkrivanja novih depozita sledi sa karakterističnim vremenskim zakašnjenjem u odnosu na brzinu utroška. Ovakvi odnosi u produkciji i potrošnji materijala imaju odlučujući uticaj na cenu minerala. Kada se prvi put otkrije i krene eksploatacija, minerali su skupi (plava linija na slici 2.12). Kako se tehnologije za izdvajanja metala iz ruda poboljašavaju i kako se istraživanjem otkrivaju novi bogati depoziti cena pada. Tako, dok su rezerve velike, cena dolazi do nekog konstantnog nivoa.

27

Slika 2.12 Šematski prikaz trenda brzine otkrića novih resursa (isprekidana linija) i njihove eksploatacije, brzine proizvodnje (crvena linija) i cene (plava linija) Nakon toga, sa istim vremenskim zaostatkom, paralelno sa padom proizvodnje, rezerve počinju da se smanjuju pa cena posledično raste. U ovoj analizi je vrlo važna prelomna tačka sa konstantne cene ka trendu porasta; kad se jednom pređe ova tačka rezerve počinju da se smanjuju – one se koriste brže nego što se nove generišu preradom ruda. Pri tome se mogu uspostaviti sledeći indikatori kritičnosti:

Brzina rasta otkrivanja depozita pada ispod brzine rasta industrijske proizvodnje kojima se troši;

Kriva produkcije dostiže vrh i počinje da opada; Minimalna ekonomičnost eksploatacije ruda pada; Cena rapidno počinje da raste.

U realnosti krive produkcije i potrošnje nisu glatke kao što je prikazano na prethodnim slikama. Slika 2.12 predstavlja šematski prikaz njihovih odnosa dok slika 2.13 daje njihov realan izgled. Na njoj je pokazan trend otkrivanja depozita nafte, njena prerada i cena izražena dolarima za period od 1900. do 2000. god. Na ovom dijagramu je prikazan dinamički karakter proizvodnje, utroška i cene nafte. Zelenim stubićima na krivoj proizvodnje je prikazan diskontinualni tok proizvodnje što je posledica činjenice da se velika otkrića ne događaju svake godine. Predviđena nova otkrića od danas pa do 2040. god. su prikazani narandžastim stubićima. Moguće je da će se dogoditi još neka tačka diskontinuiteta jer trka Rusije, Norveške, Kanade i SAD za teritorijalna prava na Arktik sugerišu da tamo ima velikih depozita. Ako zanemarimo ovakve predpostavke trend otkrivanja depozita nafte se može prikazati crnom isprekidanom linijom. Rast proizvodnje (crvena linija) je mnogo kontinualniji. Potrebe za naftom su rasle stabilno u poslednjih sto godina. Postojale su neke fluktuacije (koje ovde nisu prikazane), ali one su male. Trend kretanja cene nafte (plava linija na skali desno) je sa mnogo više oscilacija. Cena nafte ne odražava aktuelnu cenu njenog vađenja već stepen do kojeg se proizvodnja kontroliše kako bi se održala cena. Sa osiromašenjem rezervi nastaju problemi u proizvodnji energije i industrijskoj proizvodnji posebno kod velikih potrošača (SAD i Zapadna Evropa).

28

Slika 2.13 Grafički prikaz realnog trenda otkrića novih resursa i njihove eksploatacije, brzine proizvodnje i cene Takav krizni ekstremum se pojavio sedamdesetih godina predhodnog veka i on je identičan onome koji se danas događa. Iz ove slike se dolazi do zaključka da je čovečanstvo prešlo prelomnu tačku krive otkrića i krive brzine njene produkcije. Izgleda da nedavna povećanja cene nafte ne predstavljaju samo trenutnu fluktuaciju, već je gotovo izvesno da će se održati na tom nivou. Međutim, ovakav rast cena otvara nove mogućnosti. Ovo se pre svega odnosi na eksploataciju nafte iz pustinja i morskih područja Arktika, na primer, koja nisu do sada bila pristupačna zbog cene eksploatacije. Ove oblasti sada postaju ekonomski atraktivne, čime se produžavaju produkcione krive na slici 2.13. Prelazna tačka između krive otkrivanja i proizvodnje za većinu minerala od kojih se proizvode tehnički materijali još uvek nije dostignuta. Za većinu je ona još uvek daleko ali se za sada bar raspolaže podacima na bazi kojih se mogu preduzeti odgovarajuće mere.