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. 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. Nejde samozřejmě jen o letenky. Bez příměsi vzácných kovů se neobejde ani moderní elektronika, třeba 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 60, uvádí společnosti Intel. Přidávání dalších a dalších materiálů je při pohledu zvenčí nenápadné, a to už proto, že nevede obvykle k zásadním i přelomovým změnám ve výkonech, 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 ono plíživé 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 ofi ciálně 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 fi rem, 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, což uveřejnil v časopise PNAS. Ve své práci se soustředil 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 kovů 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 vy užití. U většiny široce využívaných kovů, třeba hliníku či zinku, jsou možné náhrady po ruce poměrně pohotově. U jiných, třeba zmíněné mědi, už je to horší a v některých zařízeních bychom ji dnes nahradit nedokázali.
KOVY VE VĚTRU I Graedel 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 rovněž budoucnost rozvoje obnovitelných zdrojů. A mohlo by to platit i naopak: kovy a v menší míře také 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. Rozdíl je to markantní: materiálové náklady na obnovitelné 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. 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 20 000 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.
ŽELEZO BUDE Nedá se předpokládat, že bychom se měli obávat toho, že by některé kovy defi nitivně došly. Pod zemí jich nepochybně bude stále dost: jen budou hůře dostupné a většina nalezišť bude chudších než ta současná. Bez pokroků v 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. 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.
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 životnosti, 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 zpráva pro Evropský parlament v roce 2011, ale samozřejmě jde tak trochu o věštění z křišťálové koule. Už třeba proto, že nevíme, jakým směrem se bude vyvíjet technika.