Metaller och Miljö
Maria Knutson-Wedel
Institutionen för materialteknik
Metallflödet i samhället är stort och ÖKAR
pga
– Utvecklingsländer bygger infrastruktur
– I-länder får större och mer varierad användning
av metaller
Materialanvändning
USA, 1900-talet
Plast
10
Al
Trä
Papper
1
Cu Bly
Stål Papper
Al
Trä Cu
Stål Bly
0.1
1900
1920
1940
1960
1980
2000
Dagens innehåll
1) Utvinning av metaller; 3 miljöproblem
– Räcker metallerna?
– Utvinning belastar naturen
– Energikrav belastar naturen
2) Metallflödet i samhället; 1 miljöproblem
– Metallutsläpp belastar naturen
3) Vad kan ingenjörer göra?
Miljöproblem 1 vid utvinning Kan metallerna ta slut?
Metall
Al
Fe
Mg
Ti
Mn
V
Zn
Cr
Cu
Ni
Pb
Cd
Hg
Koncentration
[mg/kg]
72 000
26 000
9 000
2 900
550
80
60
54
25
19
19
0.35
0.09
Global utvinning
[Kton/år]
52 000
574 000
3 790
4 200
8 770
382
7 560
3 834
9 055
1 450
3 385
23.4
15.2
Metallreserver i världen
Metall
Al
Cu
Fe
Ni
Sn
Zn
Reserv / produktion
1950
1970
1984
257
240
283
51
50
63
225
227
263
224
99
145
38
20
48
29
21
46
Resurser istället för reserver
Resurs = Vad som går att
bryta oavsett pris eller
koncentration i malmen
Energikostnad /utvunnen massa
Mineralogisk barriär
Metall bundet i form av atomär substitution
Anrikad metall i malmmineral
Geokemiskt vanliga metaller (Fe, Al)
Koncentration [%]
Hur ser resurserna ut nu?
Metall
Al
Fe
Zn
Cr
Cu
Ni
Pb
Cd
Hg
Ackumulerad
användning per capita
[Kg/1 109cap]
488
18 400
280
95
344
28
180 (300 Sverige)
0.71
0.9
Framtida resurs
[Kg/ 10 109 cap]
800 - enorma
23 000 - enorma
440 - 1540
340 - 1510
230 - 960
13 - 1160
140 - 250
0.6 –2.1
0.06 – 1.5
Strategiska metaller
Vagt definierat
Vitala för ett lands industri och försvar
Svåra att ersätta
Måste importeras från tex
– Centrala och södra Afrika, fd Sovjet
Tex krom, platina, kobolt och mangan
Miljöproblem 1 vid utvinning:
den ekologiska ryggsäcken
14000
12000
10000
Mton / år 8000
Utvunnet
material
Totalt inkl
ryggsäck
6000
4000
10
Al
Cu
Fe
lera
brunkol
olja
0
stenkol
2000
20
Miljöproblem 2 vid utvinning:
Energiåtgång
Det går åt stora mängder energi för att
primärframställa metaller
– (Av all energi är 70% från Fe)
Orsakar 10% av jordens CO2 utsläpp
Sekundärproduktion: Kräver 5-30% av
energin jämfört primärproduktion
– Al: 5 %
Exempel mikrochip
2 gr mikrochip kräver vid tillverkning
– 1,6 kg fossila bränslen
– 72 gr kemikalier
– 32 gr vatten
Tillverkningsmaterial = 630 ggr
slutproduktsmaterial
PLUS ryggsäcken
Varför skall vi undvika utsläpp?
Metall
Al
Fe
Mg
Ti
Mn
V
Zn
Cr
Cu
Ni
Pb
Cd
Hg
Koncentration Global
[mg/kg]
utvinning
[Kton/år]
72 000
52 000
26 000
574 000
9 000
3 790
2 900
4 200
550
8 770
80
382
60
7 560
54
3 834
25
9 055
19
1 450
19
3 385
0.35
23.4
0.09
15.2
Utvinning / utsläpp
genom normal nötning
0.05
1.5
0.03
0.1
1.1
0.32
8.3
4.6
24
4.83
11.67
4.42
10.86
Var finns metallutsläppen i
samhället?
Kemikalier
Färg
Biocider
Medicinsk, dental
Batterier
Elektriska apparater
Ytskikt
Metallisk
Exempel
kopparflödet i Sverige i kton/år
IN
Cu 14
RåCu 88
Tillverkning
IN
111
Användning
31
14
?
27
17
Skräphantering
Vatten & luft:0.12
färg, impregn: 1
vattenrör: 0.04
tak: 0.06
10
Medlen och lösningarna
Bärkraftighetsekvationen;
–
–
–
–
–
I= i * m * u * P
i = effekt på miljön / kg material
m = material och energiflöde / nytta
u = nytta / capita (vårt mål)
P = population (1010) (givet)
Huvudlinjer - påverka i och m
Dematerialisera (m)
– Reducera metallflödet - använd mindre mängd
(relä, solfångare)
– Bromsa flödet - använd saken länge (kvalitet,
korrosionsskydd, underhåll)
– Slut flödet - återanvänd, återvinn (Al-burkar)
Transmaterialisera (i)
– Använd ett annat material som är mindre
farligt/sällsynt
• (Blyfri bensin - amalgamersättning - fiberoptik)
7 nivåer av substitution
1) Råmaterial - Samma material kan erhållas från
olika råmaterial
2) Material - Ersätt materialet
3) Komponent - En annan typ av batteri
4) Subsystem - Elektrisk motor i bil
5) System - Tåg istället för bil
6) Strategi - En annan strategi till samma mål
(Telefonmöte?)
7) Värdering - Värdera om målet
Gör rätt åtgärd
Blyfri elektronik (ersätt med vismut /tenn):
problem med återvinningsprocessen
(bly återvinns lätt)
Blyad bensin i privatflygplan är tillåtet:
5 ton/år i Sverige hamnar i inandningsluft,
går ut i blodet
Bly från glödlampor som slängs i soporna (97%)
12-40 ton/år hamnar i deponi som aska
Rönnskärsverken och guldet
25 kton elektronikskrot som kommer från hela
världen
Mobilen ger Cu, Ag, Au, Pd
Hela mobilen smälts ner, datorn krossas och viss
plast, Hg och PCB sorteras bort
100 gr mer Au i skrot än i malm (200g/ton)
Idag lika mycket Au från skrot som från malm
Stålindustrin vaknar till liv
Projekt Ultra Light Steel Auto Body-Advanced
Vehicle Concept 1994-2002
35 tillverkare inkl. SSAB
Al hot - Ultrahöghållfast stål (ferrit/martensit)
tar upp 30% mer energi
42% lättare dörr
32% lättare motorhuv/grill
29% lättare baklucka
Volvo Ford Fiat Honda Renault
