Neděle 25. července 2021, svátek má Jakub
  • schránka
  • Přihlásit Můj účet
  • Neděle 25. července 2021 Jakub

Za kovy ve vašem tabletu nebo mobilu není náhrada. Co když nebudou?

Dnešní technika se neobejde bez materiálů, které jsou většině z nás neznámé. Pocházejí ze všech koutů světa a za řadu z nich podle všeho nemáme vhodnou náhradu. Spory v zemi na druhém konci světa tak mohou zpomalit naše počítače či letadla.

Čip firmy IBM pro projekt SyNAPSE, který chce vyvinout počítačový systém napodobující biologický mozek.

Víte, z čeho jsou letecké turbíny? Jistě, hlavně z oceli. Ale věděli byste, že v oceli najdete kromě železa ještě titan, hliník, kobalt, molybden, wolfram, niob, hafnium, tantal a rhenium?

Výsledkem jsou "superslitiny", které umožnily v posledních desetiletích postupně zvyšovat pracovní teplotu turbín, účinnost, trvanlivost i spotřebu a další vlastnosti. Jinými slovy, letenky by nebyly tak levné, kdyby nebylo exotických kovů.

Vývoj slitin pro proudové motory v poválečných letech s vyznačeným označením...

Vývoj slitin pro proudové motory v poválečných letech s vyznačeným označením slitin a chemickými zkratkami během doby postupně přidávaných prvků. Na levé ose je pracovní teplota, kterou slitina snese, a která přímo ovlivňuje výkony motoru. Na vodorovné ose je rok zavedení slitiny.

Nejde samozřejmě jen o letenky. Bez příměsi vzácných kovů se neobejde ani moderní elektronika, třeba počítačové čipy, dnes používané už nejen v počítačích, ale i telefonech, televizích atd. V 80. letech byste v počítačových čipech našli 12 prvků, v 90. letech o čtyři více, v prvním desetiletí 21. století kolem šedesáti, uvádí společnosti Intel.

Přidávání dalších a dalších materiálů je při pohledu zvenčí nenápadné, a to už proto, že nevede obvykle k zásadním, přelomovým změnám ve výkonům, ale k drobným, o to však důležitějším vylepšením. Letecké proudové motory se během posledních 80 let zlepšily zcela zásadně, ale hlavně v posledních desetiletích to bylo to plíživě, procento po procentu.

Stejné je to třeba u tepelných elektráren, kde se u nás bouřlivě diskutovalo, zda má mít nový Prunéřov po rekonstrukci účinnost 40 nebo 42 procent. Rozdíl v nákladech mezi dvěma procenty je na pohled malý, znamená ovšem zcela zásadní změnu technologie, nárůst nákladů a v absolutních číslech i velký pokles spotřeby paliva.

Čínské strachy

Svět v roce 2010 vyděsilo čínské oficiálně nevyhlášené, přesto účinné, embargo na vývoz pro mnohé dnešní výrobky nezbytných tzv. kovů vzácných zemin. Tyto prvky se těží (z dobrých důvodů, jak jsme psali) takřka výlučně právě v Číně.

Embargo nakonec nenapáchalo žádné velké škody kromě zvýšení zájmu o toto odvětví, vytvoření nereálných investičních očekávání a z toho plynoucích prodělků. Kovy vzácných zemin se však dále dominantně těží v Číně, kde se většina z nich také spotřebovává, a i když se začalo pracovat na vývoji možných náhrad, ve skutečnosti je naše závislost na nich stejná nebo ještě větší, než byla před třemi lety. A do budoucna to asi nebude lepší.

U procesorů byly možnosti zprvu tak ohromné, že si výrobci vystačili jen s křemíkem a rychlým zmenšováním procesorů, v posledním desetiletí – kdy přibylo nejvíce exotických prvků – už ale zlepšování vyžaduje nové a předtím nepoužívané "triky", protože zmenšovat rozměry jde už obtížně. Výsledkem pak je, že výrobky jsou velmi často závislé na dodávkách surovin prakticky ze všech světadílů jen s výjimkou Antarktidy (alespoň tedy zatím).

Kde jsou náhradníci?

Nemůže hrozit, že těchto vzácných kovů může být málo? To je zajímavá otázka, na kterou se ovšem odpovídá překvapivě těžko. Většina kouzel materiálových inženýrů probíhá především za zavřenými dveřmi vývojových a výrobních firem, které si pak žárlivě střeží své know-how. I když tedy třeba víme, jaké materiály se přesně používají, těžko můžeme zjistit třeba přesné zastoupení jednotlivých prvků a dalších příměsí.

Alespoň poodhalit tajemství téhle otázky se pokusil čtyřčlenný tým Thomase Graedela z univerzity v Yale v časopise PNAS (pdf najdete zde). Ve své práci, která vyšla minulý týden, se soustředili na používání kovů v moderní průmyslové výrobě. Kovy jsou totiž asi nejvzácnější třída materiálů, a tak u nich nejspíše hrozí nějaké zásobovací obtíže. Autoři prošli vědeckou literaturu o využití kovu a zpovídali i odborníky na danou problematiku.

Podle jejich výsledků žádný z 62 kovů nemá zcela plnohodnotnou náhradu z hlediska průmyslového využití. Což není tak hrozné, jak se zdá. Znamená to, že jeden kov – řekněme měď – by se musel nahradit několika různými materiály, a to podle konkrétního využití. U většiny široce využívaných kovů, třeba hliníku či zinku, jsou možné náhrady poměrně pohotově po ruce. U jiných, třeba zmíněné mědi, už je to horší a v některých zařízeních bychom ji dnes nahradit nedokázali. 

Periodická tabulka výkonnosti náhradních kovů podle práce Thomase Graedela a...

Periodická tabulka výkonnosti náhradních kovů podle práce Thomase Graedela a kolegů. Výsledky jsou seřazené od 0 do 100. "Stovka" znamená, že pro žádné významné použití neexistuje vhodná náhrada. Naopak výsledek 0 znamená, že máme náhrady s vhodnými vlastnostmi pro všechny významné způsoby využití daného kovu.

Kovy ve větru

I Greadel upozorňuje, že jeho práce není úplně přesný obraz velmi složité reality: technologické požadavky se mění, stejně jako dostupnost materiálů, vliv má samozřejmě i politika.

Situaci v dodávkách kovů může výrazně ovlivnit rozvoj obnovitelných zdrojů. A mohlo by to platit i naopak: kovy a v menší míře i další materiály by mohly zastavit či hodně zpomalit i jejich rozvoj. V podstatě představují "neobnovitelnou položku" těchto zdrojů.

Může za to především fakt, že obnovitelné zdroje jsou energeticky méně "husté". Zatímco v ropě, uhlí či uranu je z různých důvodů energie v podstatě koncentrovaná, ve větru či slunečním záření je jí "na stejný objem" méně. Takže pokud chcete vyrábět stejně energie, musíte postavit podstatně větší elektrárnu (jak víme i z českých čísel).

Kolik bychom museli vyrobit navíc. Odhad, který pro svou práci vytvořili...

Kolik bychom museli vyrobit navíc. Odhad, který pro svou práci vytvořili Olivier Vidal s kolegy z Grenoblu. Šipka vyznačuje množství materiálu nutného k vybudování kapacit obnovitelných zdrojů takovým tempem, aby se mohl naplnit scénář organice WWF. Ten předpokládal, že v roce 2050 by svět mohl vyrábět 25 tisíc terawatthodin elektrické energie z obnovitelných zdrojů. Na svislé ose je produkce daného materiálu s přerušovanou čárou vyznačující úroveň roku 2010. Prázdné a plné obdélníčky vyznačují rozdíly v nákladnosti výstavby podle typu použitých obnovitelných zdrojů – přece jen každá technologie má poněkud jiné nároky. Samozřejmě jde jen o odhady, a to zřejmě nadsazené, protože vývoj povede nejspíše ke snižování nákladnosti obnovitelných zdrojů energie.

Rozdíl je to markantní: materiálové náklady na obnovitelé zdroje jsou totiž podstatně větší než u klasických zdrojů energie, včetně té nukleární. K vybudování kapacity se stejnou výrobou energie je v případě obnovitelných zdrojů zapotřebí zhruba 90krát více hliníku, 50krát více železa, mědi či skla a 15krát více betonu, odhadla nedávno v časopise Nature Geoscience dvojice vědců z univerzity ve francouzském Grenoblu (článek je dostupný zdarma zde po registraci).

Nejde jen o náklady na samotné zařízení, třeba větrné elektrárny a turbíny, ale ve velké míře především o náklady na vybudování infrastruktury, která by zajistila stabilní zásobování elektřinou. Je zapotřebí více vedení pro případy, kdy v nějaké větší oblasti nefouká či nesvítí. Jiné řešení dnes ve velkém není, protože skladování elektřiny je alespoň zatím příliš drahé, nepraktické nebo neúčinné.

Z údajů autorů zhruba vychází, že pokud by se svět měl elektřinou zásobovat jen z obnovitelných zdrojů (velmi zhruba 20 tisíc TWh ročně), musel by na vybudování infrastruktury obětovat zhruba jedenapůlnásobek své celkové roční produkce oceli či dvojnásobek produkce mědi (něco pod 3 miliardy tun oceli proti necelým dvěma produkovaným a 40 milionů tun mědi proti 16 milionům vyprodukovaným).

Ještě dramatičtější by mohl být v sektoru výroby zelených energetických technologií nárůst spotřeby kovů vzácných zemin a dalších podobných "příměsí", které se používají v menším měřítku, ale pro moderní technologie jsou nezbytné.

A co recyklace?

Masivní spotřeba materiálů pro stavbu obnovitelných zdrojů má i jednu nevýhodu: neumožňuje recyklaci. Kovy či další materiály jsou v nich napevno po celou dobu jejich životnost, což v případě energetické infrastruktury musí být reálně několik málo desítek let. Jenom s úsporami ve spotřebě si tedy při masivním rozvoji obnovitelných zdrojů nemůžeme vystačit.

Přesný nárůst poptávky samozřejmě není možné odhadnout, může být kdekoliv v rozmezí 10 až 230 procent, odhadovala v roce 2011 zpráva pro Evropský parlament v roce 2011 (pdf je zde), ale samozřejmě jde tak trochu o věštění z křišťálové koule. Už třeba proto, že nevíme, jakým směrem se bude vyvíjet technika.

Železo bude

Nedá se předpokládat, že bychom se měli obávat toho, že by některé kovy definitivně došly. Pod zemí jich nepochybně bude stále dost: jen budou hůře dostupné a většina nalezišť bude chudších než ta současná. Bez pokroků v jejich dobývání a úpravě by tedy jejich ceny rostly. Ekonomická teorie tvrdí, že to tak nezbytně bude, protože u nedostatkových surovin poroste cena, a tak i chuť investovat do nových technologií, hledání a rozvoje nalezišť a tak dále. A pokud jeden zdroj dojde, budeme se moci přesunout k jinému.

Z pohledu materiálových vědců si nejsou všechny kovy rovné a některé z nich patrně plnohodnotně nahradit nelze, takže v praxi zmiňovaný ekonomický model beze zbytku platit nemůže. Mohlo by tak docházet k problémům v zásobování hlavně těmi vzácnějšími a hůře dostupnými kovy, které se z různých důvodů (politických, geologických či ekonomických) získávají a upravuji na jednom či jen několika místech světa.

Následky případného výpadku dodávek samozřejmě nebudou tak tragické, aby došlo k nějaké katastrofě, ale podle povahy materiálu může dojít ke snížení výkonů některých výrobků, zvýšení cen nebo k obojímu. V některých případech bychom se museli spokojit s horší technologií, což může být v některých případech vážný problém, obvykle ovšem spíše ne. Dostupnost materiálů tak může v důsledku vést k tomu, že se nevyplatí nebo nebudou v dostatečném množství výrobky, které bychom všichni sice rádi viděli v praxi, protože jsou třeba účinnější, výkonnější nebo třeba ekologičtější než stávající alternativy.

Winston Churchill (1918)

Winston Churchill v roce 1918. Jen pár let poté, co podstatným dílem přispěl k vytvoření ropných států Perském zálivu.

Lepší by bylo se bez výpadků obejít zcela, což není na druhou stranu nic nemožného. Z posledního století máme jasné důkazy, že to jde: například trh s ropou. Zde jsme se přes řadu pokusů (třeba arabské ropné embargo z roku 1973) dopracovali k situaci, kdy v podstatě nehrozí výpadek dodávek. Řešením přitom nejsou technologie, ale nezáživná mezinárodní politika.

Řešení bylo jasné už Winstonu Churchillovi, který těsně před první světovou válkou docílil toho, že britské loďstvo přešlo z pohonu domácím uhlím na spalování ropných paliv z Perského zálivu.

Lodě jezdily lépe a dále, to uznal každý, ale co když ropu "beduíni" přestanou dodávat? "Bezpečnost a jistota v ropě závisí pouze a výhradně na rozmanitosti," řekl Churchill tehdy před parlamentem. Británie nesměla podle něj nikdy být závislá na jediném ložisku, zemi či dopravní tepně. Pokud se nechceme obejít bez leteckých motorů, fotovoltaiky, počítačových čipů a všeho ostatního, co moderní technika nabízí, lepší recept zatím nikdo nevymyslel.

  • Nejčtenější

Opravdová vesmírná turistika začala. Bezos s hosty strávili minuty v kosmu

O něco málo více než deset minut trvala celá cesta od startu do přistání pro čtyři vesmírné turisty, kteří se v úterý...

Rusko ukázalo novou „neviditelnou“ stíhačku. Šach mat má vzlétnout za dva roky

Rusko představilo chystaný „neviditelný“ letoun 5. generace. Stíhačka s přezdívkou Šach mat má jeden motor, v budoucnu...

Událost, která vyhubila dinosaury, přichází průměrně za 500 milionů let

Nové poznatky o kosmickém zabijákovi dinosaurů ukazují, že Chicxulubský asteroid byl temný kosmický tulák. Na zkoumání...

První velký export vojenské techniky z ČSR po roce 1945 mířil do Švýcarska

Mezi velké exportéry zbraní patřilo i malé Československo. Většina jeho zbrojního exportu mezi lety 1945 a 1989 šla...

{NADPIS reklamního článku dlouhý přes dva řádky}

{POPISEK reklamního článku, také dlouhý přes dva a možná dokonce až tři řádky, končící na tři tečky...}

Jak začalo strategické bombardování a budování první protivzdušné obrany

Pod pojmem letecký souboj si většina lidí představí boj dvou letounů. V počátcích letectví se však utkávaly i letouny...

Ze sbírky na pohřeb Roma pozůstalí nedostali nic. Byl to podvod

Premium Měl mít velkolepý pohřeb. Balzamování, bíle lakovaná rakev z Ameriky, kočár tažený vraníky... Rodina Roma, který zemřel...

Klaus: Volby nic nepřinesou. Kolem covidismu a genderismu se bude chodit po špičkách

Premium Každý z nás by se měl sám rozhodnout, jakou míru opatrnosti vůči nákaze covidem chce zvolit, říká přesvědčeně bývalý...

Česko formuje domobranu. Výcvik může podstoupit každý, kdo má zbrojní průkaz

Premium Stát zakázal ozbrojené skupiny a lidem nabídl alternativu: absolvujte speciální kurz a můžete Česku pomáhat se zbraní....

  • Další z rubriky

STO OBJEVŮ: Nepochopení dohnalo otce umělé inteligence Turinga k sebevraždě

Seriál Povídáme si s ní, slouží nám a jednou nám možná bude vládnout. Umělá inteligence je podle mnohých cesta budoucnosti,...

Jméno polárního dinosaura vzniklo jako poděkování soukromé společnosti

Fantazie vědců při pojmenovávání dinosaurů je takřka bezmezná a mnozí obyvatelé druhohorního světa by se lidské...

Tohle naštve. Měsíce analýz hledačů UFO shodil algoritmus absolventa ČVUT

V roce 2016 zachytili filmaři v Utahu pomocí dronu rychle letící objekt. Měsíce analýz a debat utnul algoritmus DeFMO,...

Není zcela vyloučené, že by dinosauři mohli používat nástroje

Nedávno zesnulý kanadský paleontolog Dale Alan Russell (1937-2019) spolu s výtvarníkem Ronem Séguinem v roce 1982...

Akční letáky
Akční letáky

Prohlédněte si akční letáky všech obchodů hezky na jednom místě!

Zemřel slovenský herec Milan Lasica, zkolaboval přímo na jevišti

Ve věku 81 let zemřel slovenský herec Milan Lasica. Web sme.sk uvedl, že vystupoval se skupinou Bratislava Hot...

Petr Rajchert si změnil příjmení a potřetí se oženil, manželka je těhotná

Zakládající člen kapely Chinaski Petr Hradil (rodným příjmením Rajchert) se v třiapadesáti letech potřetí oženil. Po...

Holanová: Rozvod s Šípem? Do vztahu se nám vloudila mlaďounká chybička

Rozhovor s Marcelou Holanovou vznikal v Chateau Šanov na soustředění s finalisty soutěže Muž roku 2021. Zpěvačka, která...

Zemřel František Nedvěd. Folkové legendě se vrátila rakovina plic

V třiasedmdesáti letech zemřel v neděli folkový muzikant František Nedvěd. Prohrál boj s rakovinou plic. Úmrtí na...

Pornoherečka se zastřelila kvůli rakovině. Její kolega se zabil na motorce

Americká pornoherečka Dahlia Sky spáchala sebevraždu. Měla rakovinu prsu a podle lékařů poslední fáze nemoci provázely...