Exploring the Resource Constraints of Renewable Energy Transition

Kasper Dalgas Rasmussen

Publikation: AfhandlingPh.d.-afhandling

Abstrakt

Vil tilgængeligheden af kritiske materialer i de næste årtier være en flaskehals for den globale grønne omstilling?

Dette er et vigtigt og strategisk spørgsmål, som jeg vil besvare i denne afhandling. Da udforskning og oprettelse
af nye mineprojekter kan tage 10-40 år, er vi nødt til at handle og planlægge nu for at undgå en potentiel flaskehals af materialer til grønne teknologier. Sammenligner vi de 10-40 års lead-time med tidshorisonten for opbygningen af den grønne omstillings nødvendige infrastruktur, antyder det at det er sidste udkald for at informere beslutningstagerne.

Denne afhandling analyserer to typer ressourceflaskehalse eller forsyningsrisici, en geoteknisk og en geopolitisk forsyningsrisiko. I denne afhandling anvendes tre casestudier til at vurdere den geotekniske forsyningsrisiko,
hvor platin, kobolt og metaller i solpaneler anvendes som casestudier. To casestudier bruges til at vurdere den geopolitiske forsyningsrisiko, hvor platin og kobolt anvendes som casestudier. To aspekter, genanvendelse og substitution, bruges til at vurdere, hvordan man kan mindske potentielle forsyningsrisici. Den geotekniske forsyningsrisiko omfatter de risici, som fysisk og teknisk tilgængelighed eller planlægning af minedrift og udvinding kan medføre. Den geopolitiske forsyningsrisiko omfatter risikoen ved, at politiske aspekter i regioner eller lande bag vigtige ressourceforsyninger stopper forsyningen. Dette kan være tilfældet, hvis nogle lande eller virksomheder vil bruge deres markedsmagt til at skabe knaphed, eller hvis den primære producent skal sænke deres produktion på grund af f.eks. Strejker, karteller, embargoer, krige eller mineulykker. For at forstå og mindske risikoen for udbudsmangel er vi nødt til at forudsige efterspørgslen efter metaller og andre ressourcer, der kræves i grønne teknologier og sammenligne denne efterspørgsel med den geotekniske tilgængelige mængde i samme tidshorisont, og vi er nødt til at analysere den geografiske fordeling af produktionen og de potentielle geopolitiske forsyningsrisikoer relateret til disse placeringer.

Med en høj global markedsandel af elektriske batterikøretøjer eller brændselscellekøretøjer viser det sig, at den følgende efterspørgsel efter platin og kobolt overgår de nuværende reserver for platin og kobolt. Den akkumulerede platinefterspørgsel når op på 51.000 tons i 2050 i scenariet med den højeste efterspørgsel, mens de nuværende reserver rapporteres til at være ca. 34.000 tons. For kobolt når den akkumulerede efterspørgsel 15.000 kt, mens de nuværende reserver er 7.000 kt. Selvom de nuværende reserver ikke synes tilstrækkelige, betyder det ikke nødvendigvis, at der vil være mangel på metallet, fordi estimaterne af reserverne er dynamiske. Men det betyder, at der er en risiko på kort sigt. Baseret på skøn over aktuelle ressourcer og uopdagede ressourcer har jeg foreslået en metode til at analysere det mindste og maksimale niveau for, hvordan reserver af metal vil udvikle sig. For platin fandt jeg dette interval, til at spænde fra 25.000 til 80.000 tons i 2050. Sammenligninger vi dette interval af tilgængelige reserver med den estimerede efterspørgsel, antyder det, at platins globale tilgængelighed meget vel kan være tilstrækkelig til den grønne omstilling, selv med en høj global markedsandel for brændselscellekøretøjer. Det er vanskeligt at drage endelige konklusioner, da den teknologiske udvikling hele tiden ændrer de nøjagtige tal.

Eksisterende estimater over uopdagede ressourcer fokuserer primært på guld, kobber og PGM bortset fra en undersøgelse af Finland. Det betyder, at for mange metaller er det næsten umuligt at bedømme, om der er nok metal i jorden til at tilfredsstille vores fremtidige globale efterspørgsel. For undersøgelser, der fokuserer på andre metaller, er det nye mål at give tidlige advarsler om potentielle fremtidige forsyningsflaskehalse for at give beslutningstagerne tilstrækkelig tid til at afbøde flaskehalsene.

Fremtidig efterspørgsel efter kobolt, kobber, dysprosium, gallium, indium, litium, neodym, nikkel, selen og tellur er taget fra litteraturen og sammenlignet med nuværende kendte reserver og ressourcer. Af disse metaller viste tellur sig at have den største risiko for knaphed, efterfulgt af indium, nikkel, selen og kobolt. Estimaterne for 2018 af de seks tilbageværende metalressourcer synes at være tilstrækkelige til at dække den forventede efterspørgsel til 2050.

I den moderne historie har geopolitiske problemer været hovedårsagen til tre kendte tilfælde af metalknaphed globalt. For det første var der mangel af kobolt på grund af en borgerkrig i Congo i 1970'erne. For det andet mindskede Rusland sin eksport af palladium i 1990'erne. For det tredje halverede Kina sin eksport af sjældne jordmetaller omkring 2010. Baseret på handelsmønstre og genanvendelsespotentialer viser en analyse af den geopolitiske risiko for platin, at Europa har det mest varierende netværk af handelspartnere. Dette giver Europa den laveste geopolitiske risiko efterfulgt af Japan, da Europa både er et handelscentrum, hovedsageligt gennem Schweiz, og et genvindingscenter, hovedsageligt Tyskland og Storbritannien, for platin, mens Japan hovedsageligt kun genanvender sit eget affald. Nordamerika og Kina er næsten 100% afhængige af at importere platin, da Kina endnu ikke har så mange platinholdige produkter, der når slutningen af deres levetid, og Nordamerika eksporterer størstedelen af deres affald, der indeholder platin. Analysen af forsyningsrisikoen for kobolt baseret på oplysninger om mineselskaberne nationalitet viser, at USA, EU og Kina reducerer deres forsyningsrisiko markant ved at investere i miner i andre lande, hvor Japan og resten af verden ikke gør det.

Genanvendelse er afgørende for at sænke den geopolitiske forsyningsrisiko, fordi det reducerer efterspørgslen efter metal og øger alsidigheden hos en regions handelspartnere. Platinstudiet viser, at det er muligt at opnå en høj genanvendelseshastighed globalt, men for mange metaller og sjældne jordmetaller er genanvendelsesraten meget lav eller helt fraværende i dag. Genanvendelse kan sikres gennem markedsøkonomi eller ved lovgivning, og i dag er det kun metaller samlet i store mængder og ædle metaller, der af økonomiske årsager har en høj genanvendelsesgrad. Ofte er omkostninger og organiseringen for indsamling og nyttiggørelse af affald barrierer. For eksempel, i tilfælde af fjerntliggende solpaneler i ECOWAS regionen viste den manglende struktur og organisering af affaldsindsamlingssystemer at være en barriere for økonomisk motiveret genanvendelse. Op til 36% af de installerede solpaneler i den vestafrikanske region ligger uden for nettet, og eksemplet indikerer, at der er behov for lovgivning for at sikre en høj genanvendelsesgrad for metaller med en for lav værdi eller for høje indsamlingsomkostninger.

At være i stand til at erstatte et metal med et andet kan mindske konsekvenserne ved global mangel, men med substitution følger ofte en forhøjet pris eller mindre effektive teknologier. For at vurdere, hvilke metaller substitution kan mindske konsekvenserne ved mangel, lavede jeg en oversigt over 1) den nye erstatnings ydeevne i alle produkter hvor 17 udvalgte metaller indgår og 2) kritikaliteten af alle de nye substitutter, både på 3) et element niveau og 4) et produkt / service / konceptniveau. Baseret på denne oversigt har jeg lavet en substitutionskritikalitets score for de 17 metaller. Kombinerer vi denne analyse med undersøgelsen om
nuværende reserver og ressourcer er tilstrækkelige til at dække den forventede efterspørgsel, kan vi konkludere at de mest kritiske metaller er tellur, indium, selen og kobolt, da de alle har en relativt høj substitutionskritikalitets score, og deres nuværende reserver er måske ikke nok til at dække fremtidige behov med den nuværende forståelse af efterspørgselssiden i fremtidige energiteknologier.
OriginalsprogEngelsk
Bevilgende institution
  • Syddansk Universitet
Vejledere/rådgivere
  • Liu, Gang, Hovedvejleder
  • Wenzel, Henrik, Bivejleder
Udgiver
StatusUdgivet - 2021

Fingeraftryk

Dyk ned i forskningsemnerne om 'Exploring the Resource Constraints of Renewable Energy Transition'. Sammen danner de et unikt fingeraftryk.

Citationsformater