Kożuchowski: Surowcowe problemy morskich farm wiatrowych

22 grudnia 2021, 07:25 Energetyka
Źródło: balticwind.eu
Źródło: balticwind.eu

Potencjał morskiej energetyki wiatrowej na świecie jest niezaprzeczalny. Konieczność transformacji polskiego miksu energetycznego i odejście od węgla sprawia, że również polskie przedsiębiorstwa energetyczne coraz odważniej spoglądają w kierunku Bałtyku. Niemniej, inwestowanie w farmy wiatrowe wiąże się również z przeszkodami i ryzykami – pisze Paweł Kożuchowski ze Studenckiego Koła Naukowego Energetyki SGH.

Polskie przedsiębiorstwa energetyczne coraz odważniej spoglądają w kierunku Bałtyku i szukają lokalizacji pod przyszłe inwestycje. Komisja Europejska oceniła, że w Polsce do 2050 roku może powstać 12 GW nowej mocy zainstalowanej w offshore wind [1]. Niemniej, inwestowanie w farmy wiatrowe wiąże się z przeszkodami i ryzykami. Jednymi z ograniczeń, które mogą istotnie wpłynąć na rentowność oraz możliwość realizacji takich inwestycji są możliwe niedobory i wzrosty cen kluczowych surowców potrzebnych do budowy farm wiatrowych.

Rozwój i stale rosnąca moc zainstalowana w odnawialnych źródłach energii na świecie wymaga pokaźnej ilości materiałów budowlanych i surowców, głównie metali. Jednym z problemów jest konieczność wykorzystywania do produkcji turbin wiatrowych metali ziem rzadkich. Metale ziem rzadkich stanowią 17 pierwiastków chemicznych – 15 lantanowców oraz dwóch skandowców.Charakteryzują się podobnymi właściwościami chemicznymi oraz fizycznymi. Pomimo swojej nazwy nie wszystkie występują w przyrodzie rzadko, jednak są one rozproszone po świecie w taki sposób, że jedynie w kilku miejscach na Ziemi ich wydobycie jest opłacalne [2]. Metale ziem rzadkich stanowią kluczowy komponent dla wielu nowych technologii, w tym dla odnawialnych źródeł energii – przyspieszający ich rozwój czy dynamiczny wzrost gospodarek wschodzących wzmaga popyt na te surowce. Zawdzięczają to swoim właściwością – mogą być łączone w związki lub stopy z innymi pierwiastkami o unikalnych cechach, co umożliwia otrzymanie materiałów o szerokim zastosowaniu w wielu nowoczesnych technologiach. Ich niedobór może powodować opóźnienia w produkcji części potrzebnych do realizacji inwestycji farm wiatrowych. Niska podaż surowców i ich wysokie zapotrzebowanie przy produkcji komponentów, nie tylko do turbin wiatraków, ale również dla innych technologii, może doprowadzić do niedoboru poszczególnych metali.

Zależnie od scenariusza, Komisja Europejska przewiduje, że roczny wzrost zapotrzebowania na niektóre z surowców dla turbin wiatrowych może wzrosnąć od dwu do piętnastu razy (do 2050 roku w porównaniu do 2018) [3]. Znaczący wzrost popytu przewidywany jest zarówno dla materiałów konstrukcyjnych takich jak beton, stal, plastik, szkło, aluminium, chrom, miedź, żelazo, mangan, molibden, nikiel i cynk, ale również metali ziem rzadkich. Realizacja celów dekarbonizacyjnych Komisji Europejskiej będzie wymagała zużycia niektórych surowców w ilości stanowiącej większość obecnych zasobów ziem rzadkich dostępnych dla Europy, takich jak neodym, prazeodym, dysproz [3]. Metale te wykorzystywane są do produkcji silników synchronicznych z magnesami trwałymi (instalowanych w elektrowniach wiatrowych).

Najbardziej wykorzystywanym materiałem do produkcji elektrowni wiatrowej jest stal. Około 85 procent wszystkich elektrowni wiatrowych jest produkowana przy użyciu tego stopu [4]. Ponadto, stal odpowiada za ok. 80% całkowitej wagi konstrukcji[5] i jest wykorzystywana do produkcji kilku największych części elektrowni wiatrowej, takich jak wieża, gondola, wirnik czy podstawa wsporcza. W 2021 roku cena stali na globalnym rynku dynamicznie wzrastała. W przypadku tak dużych wahań cen głównego komponenta, rentowność planowanych inwestycji stanie pod znakiem zapytania.

Poza stalą, na produkcje turbin wiatrowych potrzeba wielu innych metali, których cena w 2021 ulega znaczącej podwyżce. Istotnym komponentem jest również Żelazo (w formie odlewu) – stanowiące po stali największy udział w wytwarzaniu wiatraków czy inne metale, takie jak na przykład Aluminium, Bor, Chrom, Miedź, Dysproz, Ołów, Mangan, Molibden, Neodym, Nikiel, Cynk czy Kobalt [7].

Kolejnym aspektem, który może wpłynąć na podaż kruszców, są występujące monopole surowcowe. Złoża potrzebnych do produkcji farm wiatrowych metali są rozproszone po całym świecie. Wysokorozwinięte kraje takiej jak Kanada czy Australia są głównymi producentami między innymi niklu, aluminium i żelaza, natomiast znaczne wydobycie surowców niezbędnych do produkcji turbin wiatrowych znajdują się przede wszystkim w słabo i średnio rozwiniętych krajach, takich jak Chiny, Rosja, Indie, Brazylia, Chile, Turcja, RPA, Indonezja, Filipiny, Demokratyczna Republika Konga, Gabon, Gwinea, Peru, czy Meksyk[8]. W wielu z wymienionych powyżej producentów brakuje (lub ich poziom jest niski) standardów bądź polityki dbania o środowisko, praw człowieka, natomiast ramy prawne nie zawsze są przestrzegane. Rysunek poniżej przedstawia mapę świata z zaznaczonymi producentami surowców wykorzystywanych do produkcji turbin wiatrowych.

Rysunek 2. - Producenci surowców wykorzystywanych do produkcji turbin wiatrowych na świecie [8].

Rysunek 2. – Producenci surowców wykorzystywanych do produkcji turbin wiatrowych na świecie [8].

Niektóre z krajów kontrolują zarówno procesy wydobywania jak i eksportowania poszczególnych surowców np. Turcja – bor, RPA – mangan oraz chrom, a Chiny – metale ziem rzadkich. Tworzy to potencjalne wąskie gardło i ryzyko przerwania łańcucha dostaw już na początkowym jego etapie. Kraje, które kontrolują wydobycie danych metali, mogą wykorzystać pozycję monopolistyczną nie tylko do celów ekonomicznych, ale również politycznych. Kontrola zasobów konkretnych surowców implikuje ryzyko oddziaływania kraju-producenta na globalną gospodarkę i produkcję. Kontrola państw nad poszczególnym sektorem wydobywczym decyduje o rezerwach danego surowca. Producenci, zakładając wzrost niedoboru surowców, mogą prowadzić politykę polegającą na zapobieganiu lub łagodzeniu niedoboru minerałów, nastawioną na zachowanie zasobów surowcowych dla ich wyłącznego użycia, jednocześnie ograniczając eksport za granicę. Wiele krajów posiadających znaczące zasoby metali ziem rzadkich stosuje rządową kontrolę poprzez np. legislacje stanowiące, że wszystkie minerały należą do państwa, kontrolę nad poszukiwaniem, wydobyciem i produkcją metali czy kontrolę nad eksportem wyprodukowanych surowców [9]. Takie działania mogą prowadzić do zaburzeń w dostawach oraz cenach surowców – strategiczne surowce mogą być w coraz większym stopniu dostarczane tylko poprzez długoterminowe kontrakty między największymi koncernami czy wybranymi krajami, pomijając warunki konkurencyjności.

Jak wynika z powyższej mapy, w Europie znajduje się niewielu producentów, a gwałtowne zmiany podaży bądź popytu mogą stanowić zagrożenie dla stabilnego rozwoju OZE. Kraje Unii Europejskiej uzależnione są od importu metali potrzebnych do produkcji nowych technologii – w wielu państwach zapotrzebowanie na niektóre z surowców pokrywane jest jedynie z importu.

Zapewnienie bezpiecznego i pewnego łańcucha dostaw rzadkich surowców, w odpowiedniej cenie jest kluczowe, aby utrzymać dynamiczny rozwój sektora OZE w Europie, w tym morskiej energetyki wiatrowej. Istotnym utrudnieniem jest brak złóż metali ziem rzadkich na kontynencie, podczas gdy dostawcy niektórych surowców są często skoncentrowani jedynie w kilku krajach nisko rozwiniętych lub krajach trzeciego świata [3].

Dlatego w Europie coraz większe zainteresowanie instytucji wzbudza recykling materiałów i metali ziem rzadkich, mimo że wiele zastosowań tych metali jest związane z niewielką koncentracją w zużytych produktach i w związku z tym ich recykling jest kosztowny i trudny [10]. Unia Europejska wprowadza dyrektywy wskazujące docelowe poziomy zbiórki elektroodpadów, na przykład Dyrektywa 2002/96/WE Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 27 stycznia 2003 r. w sprawie zużytego sprzętu elektrotechnicznego i elektronicznego oraz nowsza jej wersja – Dyrektywa 2012/19/UE Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 4 lipca 2012 r. w sprawie zużytego sprzętu elektrycznego i elektronicznego (WEEE). Dyrektywa WEEE stanowi uzupełnienie unijnego prawa w zakresie gospodarki odpadami. Celem Unii wskazującej kierunki w gospodarce odpadami jest ograniczenie, recykling oraz odzyskiwanie cennych surowców ze zużytych sprzętów elektrycznych i elektronicznych. W 2008 roku powstała strategia surowcowa Komisji Europejskiej podejmująca tematykę dostępności do materiałów: jej 3 filary zakładają zapewnienie [11]: sprawiedliwych i zrównoważonych dostaw surowców z rynków światowych; równoważonych dostaw surowców w obszarze Unii Europejskiej; efektywne gospodarowanie zasobami i dostarczanie „surowców wtórnych” poprzez recykling. Unia finansuje również badania i projekty, których celem jest odzyskiwanie i recykling metali ziem rzadkich ze zużytego sprzętu elektronicznego. Wyniki prowadzonych badań oraz efektywny recykling mogą być czynnikami, które będą decydować o dostępności coraz trudniejszych do wydobycia metali ziem rzadkich w przyszłości.

Bibliografia:
[1]Komisja Europejska, „STUDY ON BALTIC OFFSHORE WIND ENERGY COOPERATION UNDER BEMIP”. cze. 2019.
[2]Klupa A., „Cenniejsze niż złoto. Metale ziem rzadkich w światowej strategii gospodarczej – Przegląd Strategiczny”. 2012.
[3]Carrara, S., Alves Dias P., Plazzotta B., Pavel C., „Raw materials demand for wind and solar PV technologies in the transition towards a decarbonised energy system.” 2020.
[4]„ArcelorMittal, 2007 Client Magazine”. wrz. 2007.
[5]World Steel Association, „Environmental Case Study – Wind energy”. paź. 2008.
[6]„Trading Economics”. https://tradingeconomics.com/commodity/steel (dostęp grudz. 19, 2021).
[7]World Bank report, „The Growing Role of Minerals and Metals for a low carbon future.” lip. 2017.
[8]SOMO, „HUMAN RIGHTS IN WIND TURBINE SUPPLY CHAINS”. sty. 2018.
[9]Zieliński S., „CHEMIK 2014, 68, 5, 429–446”. 2014.
[10]Spasowska-Czarny H., „Environmental and Legal Conditions of Rare Earth Elements”. kwi. 2020.
[11]European Comission, „Policy and strategy for raw materials”. https://ec.europa.eu/growth/sectors/raw-materials/policy-strategy_en (dostęp grudz. 19, 2021).

[caption id="attachment_194519" align="alignnone" width="524"]SKNE. Partner BiznesAlert.pl SKNE. Partner BiznesAlert.pl

RWE otrzymało pozwolenie środowiskowe na budowę offshore w Polsce