Универсальный внешний накопитель для всех iOS-устройств, совместим с PC/Mac, Android
Header Banner
8 800 100 5771 | +7 495 540 4266
c 9:00 до 24:00 пн-пт | c 10:00 до 18:00 сб
0 Comments

Содержание

Земляная батарейка

Для питания и зарядки портативной электроники в тех местах, где нет электросети можно успешно использовать на ряду с другими источниками электроэнергии и простейшие химические источники тока, гальванические первичные и вторичные элементы.

Их использование возможно на дачах при долгосрочном проживании при отсутствии электросети, а так-же в отдалённых деревнях где или нет совсем электроэнергии, или постоянные перебои с электроснабжением. В советской России химические источники тока или гальванические элементы получили широкое распространение в радиолюбительской технике в середине прошлого столетия, так как эти источники просты в изготовлении и изготовляются из легкодоступных материалов.

Сейчас, когда портативная электроника стала очень экономична в плане электропотребления, её питание от самодельных химических источников тока может оказаться очень эффективным, так как такие источники тока с успехом применяли ещё на заре развития радиотехники.

Тогда техника потребляла в разы больше электроэнергии чем современная аппаратура, а сейчас с развитием энергосберегающей светотехники .например светодиодной, на освещение тратится в 4-5 раз меньше электроэнергии, чем от потребление обычной лампочки, а так-же современные мобильные телефоны, КПК, и другие гаджеты потребляют не чуть не больше, а даже меньше чем радиоаппаратура прошлых десятилетий.

Простейший гальванический элемент

Вольтов столб Первый химический источник тока был изобретён итальянским учёным Алессандро Вольта в 1800 году. Это был элемент Вольта — сосуд с солёной водой с опущенными в него цинковой и медной пластинками, соединенными проволокой. Затем учёный собрал батарею из этих элементов, которая впоследствии была названа Вольтовым столбом. Это изобретение впоследствии использовали другие учёные в своих исследованиях. Так, например, в 1802 году русский академик В. В. Петров сконструировал Вольтов столб из 2100 элементов для получения электрической дуги.

В 1836 году английский химик Джон Дэниель усовершенствовал элемент Вольта, поместив цинковый и медный электроды в раствор серной кислоты. Эта конструкция стала называться «элементом Даниэля».В 1859 году французский физик Гастон Планте изобрёл свинцово-кислотный аккумулятор. Этот тип элемента и по сей день используется в автомобильных аккумуляторах. В 1865 году французский химик Ж. Лекланше предложил свой гальванический элемент (элемент Лекланше), состоявший из цинкового стаканчика, заполненного водным раствором хлористого аммония или другой хлористой соли, в который был помещён агломерат из оксида марганца(IV) MnO2 с угольным токоотводом.

Модификация этой конструкции используется до сих пор в солевых батарейках для различных бытовых устройств.В 1890 году в Нью-Йорке Конрад Губерт, иммигрант из России, создаёт первый карманный электрический фонарик. А уже в 1896 году компания National Carbon приступает к массовому производству первых в мире сухих элементов Лекланше «Columbia». Самый долгоживущий гальванический элемент — серно-цинковая батарея, изготовленная в Лондоне в 1840 г. Подключенный к ней звонок работает и по сей день.

(источник ВИКИПЕДИЯ)

Простейший медно-цинковый элемент сосотойт из двух электродов-пластин погруженных в раствор электролита, при погружении в электролит между металлами возникает разница потенциалов, при погружении в раствор повареной соли медной пластины и цинковой возникает разница потенциалов примерно в 1вольт, и один элемент независимо от размеров имеет напряжение в один вольт, а мощьность такого элемента зависит от его размеров и площади пластин погружоннх в электролит.Для получения более высокого напряжение эти элементы, как и зоводские батарейки соеденяют последовательно для получения нужного напряжения.

Характеристики мдно-цинкового элемента

Медно-цинковые источники тока. Производство этих химических источников тока началось еще в 1889 г. В настоящее время они выпускаются в небольших масштабах в виде элементов емкостью от 250 до 1000 А*ч. Гладкие цинковые пластины и пластины из смеси оксида меди, меди и связующего помещают в стеклянный или металлический сосуд с 20%-ным раствором NaОН. Элементы имеют напряжение 0, 6-0, 7 В и удельную энергию 25-30 Вт*ч/кг. К их достоинствам относится постоянство разрядного напряжения, очень малый саморазряд, безотказность в работе и невысокая цена. Применялись в системах сигнализации и связи на железных дорогах.

В реальных условиях энергоёмкость может сильно отличатся, и зависит она от площади пластит, чистоты металлов и плотности электролита.Элемент собранный в литровой банке, с пластинами максимальной площади, двадцати процентным раствором соли в виде электролита, выдаёт напряжение от 0, 6-1, 1 вольта, 10-20а/ч, но в таких элементах очень маленький разрядный ток маленький, и ток замыкания может быть около 100-150мА/ч., а чем меньше подсоединенный источник потребляет, тем больше медно-цинковый элемент может вырабатывать электроэнергии. Элемент собранный в литровой банке при токе разряда 50мА/ч проработает от 200часов до 400часов и более и более, но со временем пластины окисляются и напряжение падает и в итоге элемент перестаёт работать.

Для восстановления элемента надо заменить электролит и очистить пластины от окисления и элемент снова будет работать.

Процесс окисления зависит от разрядного тока чем он выше, тем быстрее элемент выйдет из строя, но в среднем элемент в литровой банке до чистки и перезарядки, при разрядном токе 50 мА/ч проработает около 3-4 месяца, а при разрядном токе в 2-5 мА/ч его хватит на год и более.Простого литрового элемента не хватит для питания даже простого миниатюрного радиоприемника, и для того чтобы получить нужные характеристики нужно собрать блок из нескольких элементов.

Сейчас в основном вся портативная электроника питается напряжением в 3,6-4,5 вольта, и для того чтобы получить такие числа нужно соединить последовательно 4-5 таких элементов, если соединить 5 литровых элементов, то получится примерно3,5-4,8 вольта, и ёмкость возрастает до 40-50а/ч, а ток разряда может достигать 400-600 мА/ч, следовательно такой источник легко справится с питанием маленького радиоприёмника или светодиодного фонарика, а так-же с зарядкой миниатюрных аккумуляторов телефонов в течении 10-30 часов. Но для питания мощных светодиодных фонарей и питания современных телефонов и КПК такого источники будет маловато.

Для стабильного питания понадобится что -то по больше, например элемент ёмкостью как на рисунке, объем 40-50 литров, для стабильного питания портативных комнатных светодиодных светильников и другой техники.Для изготовления такого химического источника электроэнергии на понадобятся, 5 медных пластин размерами 20/40, и 5 таких-же цинковых, далее на каждую пластинку нужно припаять или запрессовать путём загибания уголка пластины вставить проводок и за плющить молотком.

После надо пластины через электронопроводящие прокладки (деревянный брусочек или пластмассовая трубка) закрепить между собой, потом опускаем их в ёмкости с электролитом, это или раствор поваренной соли, или раствор нашатыря, или раствор серной кислоты(авто электролит), после соединяем получившиеся батарейки последовательно, то есть медная пластина одного элемента через проводок соединяется с цинковой пластиной другого элемента и в итоге с одной стороны получившегося блока остаётся пластина медная с проводком (+), а с другой цинковая (-).

Чем больше площадь пластин и чем лучше электролит, тем выше эффективность такого источника тока.

Светодиодная подсветка дорожек и столбов с питанием от земляной батареи | Блог самостройщика

Мы привыкли, что электричество для освещения должны брать извне. Ну, на крайней случай, для уличных светильников – от солнечных батарей в летнее время. Но зимой или в пасмурную погоду они не работают – не хватает солнечного света. Встроенный АКБ исправляет ситуацию, но сами АКБ не вечны. А что, если электричество для точечной подсветки дорожек взять из так называемой земляной батареи?

Для освещения дорожки этот способ не подойдет – только для навигационного обозначения дорожек. Может быть актуальным при отключении электричества или для обозначения лестниц, уступов, столбов, ограждений на участке и вдоль него.

Необходимо сделать гальванический элемент: из меди (разрезанной вдоль медной трубки) и оцинкованного профиля. Скрутить вместе несколько отрезков (для максимальной площади поверхности). Припаять провод к каждому электроду.

Источник: https://ecolm.ru

Далее бурим яму на глубину ниже 2 м (ниже глубины промерзания). Опускаем медный электрод, присыпаем грунтом и проливаем водой, затем опускаем оцинкованный. Тоже присыпаем грунтом и проливаем водой. Гальванический элемент сразу начинает работать. Через 30 минут вода уйдет и элемент чуть снизит выдаваемый ток.

Этой батареи хватит чтобы светились 1-2 светодиода. Да, ток очень слабый. Что бы что-то выжать из такого гальванического элемента для более серьезной подсветки, опытным путем было получена такая конфигурация электродов:

Слева – вид такой ячейки из цинка и меди. Справа – подсветка столбов. По два светодиода вставлены в пластиковую трубку. Получились дорожные маркеры для ворот не требующие подводки электричества. Они будут работать долго, пока не окислится металл. Даже зимой (если погружены ниже глубины промерзания).

Источник: https://ecolm.ru

Источник: https://ecolm.ru

Ячейка, опускаемая вглубь пробуренной ямы.

Если хотите запитать светодиодный светильник, допустим, мощностью 20 Вт, то потребуется закопать семь таких ячеек. Или подключить один элемент АКБ, на светодиодный светильник (выбрать с датчиком света и движения). Днем АКБ будет заряжаться, а ночью дополнительно подпитывать светильник.

Ниже – вариант точечной подсветки, более простой. Но он будет работать лишь летом т.к электроды находятся на поверхности (зимой грунт будет промерзать). Что потребуется:

Потребуется два пластины: медная и оцинкованная или алюминиевая. Припаиваем к каждой проводку и укладываем листы на небольшой глубине под брусчаткой или сразу под дорожную плитку. Между плиткой устанавливаем светодиод. Один на элемент. Через каждый метр делаем такой элемент. Все, до холодов у Вас будет навигационная точечная подсветка дорожки. Будет работать, пока не окислятся пластины. В земле это происходит не так быстро. На 5 лет должно хватить. А может и больше. Разработчик этой системы не сообщает, т.к. более длительных наблюдений не делал.

Разработчик устанавливал свои ячейки и в качестве подсветки дороги:

Источник: https://ecolm.ru/history/m4
Информация про объект здесь

В 2016 г. разработчиком данных земляных батарей была произведена тестовая установка 21 столба подсветки дорожных ограждений в районе 70-го км Можайского шоссе. А в 2018г. установили 20 земляных батарей для подсветки ограждений на 76-м км автодороги М4 «Дон»

Кто часто проезжает в этом месте, напишите в комментариях, работает ли сейчас эта подсветка или уже нет?

Разработчик земляных батарей смог выжать из одной ячейки с помощью умножителей напряжения 15,7 В и около 70 мА тока. И смог смонтировать подсветку вот таких рекламных вывесок:

Подробнее про объект: здесь

Ночью они питаются от АКБ и тока от ячейки, а днем АКБ подзаряжается от земляной батареи. Процесс контролируется МРРТ-контроллером, чтобы не происходил перезаряд АКБ. Здесь в подсветке использованы пять ячеек.

Еще пример:

«Лавочка влюбленных» в Сокольниках. Питание: пять земляных батарей (выдают: примерно 9,2 В и ток около 150 мА). Использованы АКБ DT6045. Освещение: 4 тройных LED-модуля (12 В и потреблением 45 мА каждый).

Чтобы убедиться, что это все работает, можно посмотреть этот ролик:

24 элемента из меди и цинка, установленные в грунт цветочных горшков, соединенных последовательно выдают 22 В. Но под нагрузкой в 3 светодиода напряжение проседает до 6 В. Не исключено, что в земле эта схема работает эффективнее.

Вообще, этому использованию земли как электролита между электродами много лет. Во времена журнала Моделист-конструктор печатали вот такие схемы для питания детекторных приемников:

Почему-то китайские производители еще не подхватили этот принцип получения бесплатного электричества. Что думаете по поводу этой технологии подсветки?

***

Фотографии взяты из открытых источников, с сервиса Яндекс.Картинки

Подписывайтесь на канал, заносите его в закладки браузера (Ctrl+D). Впереди много интересной информации.

Каменно – земляная батарея | военный объект, артиллерийская батарея, достопримечательность

Russia / Leningrad / Priozyorsk /
World / Russia / Leningrad / Priozyorsk , 24 км от центра (Приозёрск)

 военный объект,

артиллерийская батарея, достопримечательность


Напротив батареи Мусталахти, на северном берегу бухты Мусталахти, находится еще одна батарея. Батарея представляет собой пять или шесть отсеков, сложенных из больших камней, насухую, без связующего раствора. Эти отсеки, или орудийные дворики совсем небольшие, без металлических шпилек. Возможно, здесь стояли противодесантные пулеметы, или зенитные орудия небольшого калибра.
Берег бухты здесь представляет собой заросший кустарником каменистый мыс. Если убрать кусты, открывается замечательный вид на противоположный берег бухты, где и находится батарея…

Ближайшие города:

Координаты:   60°58’8″N   30°19’38″E

Добавить комментарий (язык: russian)

Добавить комментарий для этого объекта

26 октября 1896 года, 35 летний уроженец американского города Мюррей, штат Кентукки, экспериментатор самоучка, фермер Натан Беверли Стаблфилд подал заявку на получение очередного патента. Этот патент должен был стать уже третьим патентом изобретателя после двух предыдущих.

Предыдущими были патенты на зажигалку для керосиновых ламп и на механический телефон, полученные им еще несколько лет назад. В данном же случае предметом патентования была особая электрическая батарея, земляная батарея. Изобретателем был проявлен довольно оригинальный подход к использованию вольтовой пары в качестве основы для создания источника тока нового класса.

Как известно, гальванический эффект возникает при погружении гальванической пары во влажную землю или в воду, что позволяет получать электричество для отдачи во внешнюю цепь очень малой мощности.

Значительного тока получить от такого источника не удавалось из-за большого внутреннего сопротивления вольтовой ячейки, можно было разве что измерить разность потенциалов источника, или же приходилось соединять несколько маломощных элементов параллельно, для получения большей мощности.

Изобретатель поставил перед собой задачу создать такую батарею, совершенно нового класса, которая не только смогла бы отдавать в нагрузку ток значительной силы, но смогла бы еще и индуцировать напряжение во вторичной катушке для питания, например, микрофона или обмотки реле.

Батарея представляла собой конструкцию, в которой гальванической парой выступали два проводника, расположенных рядом, один из которых был железным, а другой – медным. Медный проводник был изолированным, а железный – оголенным. Это делало взаимодействие проводников с электролитом оптимальным.

Провода наматывались вокруг железного сердечника, расположенного в центре каркаса батареи. Намотка осуществлялась следующим образом. Два провода бок о бок укладывались слой за слоем до заполнения каркаса, ограниченного деревянными боковинами. После намотки каждого слоя укладывался слой изолирующей ткани, такой же слой ткани располагался и вокруг центрального стержня. В итоге проводники в сборке все время чередовались, находясь рядом.

Сборка погружалась в емкость с водой, а электроды выводились наружу для подключения рабочих устройств. Достаточно было просто поместить батарею во влажную землю, именно поэтому Стаблфилд называл ее «земляной батареей».

Модификация такой батареи включала в себя еще и вторичную обмотку, которая располагалась поверх обмотки, образующей гальваническую пару. Вторичную обмотку необходимо было изолировать материалом наподобие слюды. Когда электроды гальванической пары замыкались и размыкались, во вторичной обмотке возникал индукционный ток, который мог использоваться для питания устройств.

Работоспособность батареи сохранялась до тех пор, пока конструкция оставалась увлажненной. Кроме возможности питать устройства, конструкция могла использоваться в качестве электромагнита, для работы которого достаточно было замкнуть выведенные наружу электроды гальванической пары между собой.

Такие батареи изобретатель использовал в своих экспериментах по беспроводной телефонной связи.

Андрей Повный

 

Читайте наш Телеграм-канал https://t.me/ieport_svoimi_rukami

Читайте также: Носледние новости России и мира сегодня.

Создана первая в мире «вечная» батарейка. Она стоит дешевле литиевых аккумуляторов. Видео

| Поделиться

В США созданы первые прототипы бета-гальванической батареи, способной работать 28 тыс. лет. В ее основе лежит сердечник из переработанных ядерных отходов, но для человека она безопасна за счет покрытия из специальных синтетических алмазов. В России тоже есть подобные батареи, но они работают не дольше 20 лет.

Бесконечный источник энергии

Американские ученые из компании Nano Diamond Battery разработали «вечный» источник питания, способный работать тысячи и даже десятки тысяч лет. Они создали так называемую «бета-гальваническую батарею» (betavoltaic) и, по их заверениям, даже успешно испытали их в лабораторных условиях. В отечественном институте НИТУ «МИСиС» бета-гальванические элементы питания называют бетавольтаическими.

Как сообщил ресурсу New Atlas исполнительный директор Nano Diamond Battery Нима Голшарифи (Nima Golsharifi), одна такая батарейка может работать до 28 тыс. лет. Такой элемент питания может использоваться, по мнению разработчиков, в самых разных видах техники, начиная от носимых устройств и мобильных гаджетов и заканчивая средствами передвижения – поездами, электромобилями и даже самолетами.

Как работают такие батареи

В основе работы бета-гальванических батарей лежит принцип преобразования альфа- и бета-излучений радиоактивного вещества в обычный электрический ток, питающий всю современную технику. Как заверил Нима Голшарифи, созданным компанией источникам энергии можно придавать практически любую форму, другими словами, их можно выпускать в виде привычных многим батареек различных форматов – АА, 18650, CR2032 и др.

Батарейка Nano Diamond Battery может работать тысячелетиями

Конструкция бета-гальванической батареи состоит в первую очередь из радиоактивного сердечника, который выступает в качестве источника изотопов. Нима Голшарифи подчеркнул, что сердечник изготавливается из небольшого количества переработанных ядерных отходов.

Для того чтобы сделать батареи безвредными для людей и окружающей среды, специалисты Nano Diamond Battery покрыли «фонящий» сердечник специальными нерадиоактивными синтетическими алмазами, выращенными в лабораторных условиях. Это очень дешевые в производстве аналоги обычных алмазов.

Изотопы радиоактивного элемента в процессе так называемого «неупругого рассеяния» взаимодействуют с алмазным покрытием, и в итоге энергия бета-излучения преобразуется в электрический ток.

Для чего нужна «вечная» батарея

Столь значительный период работы батарей разработчики объяснили тем, что используемое в качестве сердечника вещество может оставаться радиоактивным сотни и тысячи лет. Они отметили также, что такие батареи могут вырабатывать чрезмерно большое количество энергии, которую они предлагают хранить в дополнительной «буферной» емкости. В качестве такой емкости могут служить суперконденсаторы, а в России, как сообщал CNews, как раз научились изготавливать их из бесполезного сорного растения – борщевика.

Лабораторные испытания

Прототипы бета-гальванических батарей, разработанные в Nano Diamond Battery, были протестированы в двух лабораториях – Кавендишской лаборатории Кембриджского университета и Ливерморской национальной лаборатории им Э. Лоуренса. Результаты испытаний показали, что творение ученых компании обходили другие элементы питания на основе синтетических алмазов – если те демонстрировали 15-процентный прирост эффективности в сравнении с традиционными батареями, включая литий-ионные, то в случае разработки Nano Diamond Battery этот показатель был 40-процентным.

Форму батарее Nano Diamond Battery можно придать любую

В то же время разработчики пока не могут точно сказать, когда элементы питания, основанные на разработанной ими технологии, начнут использоваться повсеместно. Первые версии таких элементов питания, пригодные для повседневного использования, могут появиться в течение двух лет.

OSDU: что нужно знать об открытых стандартах работы с данными в нефтегазе

Новое в СХД

По их заявлению, использование таких батарей, к примеру, электромобилях намного более эффективно в сравнении с литиевыми. При тех же габаритах они смогут нести в себе большее количество энергии, а использование дешевого искусственного алмаза вместо дорогого лития позволит снизить итоговую стоимость электрокаров.

Тем временем в России

Отечественные специалисты тоже смотрят в сторону атомных портативных элементов питания. К примеру, сотрудники НИТУ «МИСиС» в августе 2020 г. продемонстрировали собственный прототип такой батареи, конструкция которой основана на запатентованной микроканальной 3D-структуре никелевого бета-гальванического элемента. Срок службы такой батарейки – 20 лет.

Особенность трехмерной структуры батарейки заключается в том, что радиоактивный элемент наносится с двух сторон так называемого планарного p-n перехода, что позволяет упростить технологию изготовления элемента, а также контролировать обратный ток, который «крадет» мощность батареи. Особая микроканальная структура обеспечивает увеличение эффективной площади преобразования бета-излучения в 14 раз, что в результате дает общее увеличение тока.

Отечественный вариант бета-гальванической батареи

За счет оригинальной 3D-структуры бета-гальванического элемента размеры батареи, по словам разработчиков, уменьшились втрое, удельная мощность повысилась в 10 раз, а себестоимость снизилась на 50%.

«Выходные электрические параметры предложенной конструкции составили: ток короткого замыкания IКЗ — 230 нА/см2 (в обычной планарной — 24 нА), итоговая мощность — 31 нВт/см2, (в планарной — 3 нВт). Конструкция позволяет на порядок повысить эффективность преобразования энергии, выделяющейся при распаде β-источника, в электроэнергию, что в перспективе снизит себестоимость источника примерно на 50% за счет рационального расходования дорогостоящего радиоизотопа, — отметил один из разработчиков Сергей Леготин, доцент кафедры полупроводниковой электроники и физики полупроводников НИТУ «МИСиС».

Батарейка может быть применена в нескольких функциональных режимах: в качестве аварийного источника питания и датчика температуры в устройствах, используемых при экстремальных температурах и в труднодоступных (или совсем не доступных) местах: в космосе, под водой, в высокогорных районах.



АЛЕКСАНДРОВСКАЯ БАТАРЕЯ. Противостояние

АЛЕКСАНДРОВСКАЯ БАТАРЕЯ

Ее проект был первым и наиболее сильным, из первых четырех, утвержденных А.В. Суворовым в конце XVIII в. общем плане строительства береговых батарей Севастопольской крепости.{1161} Форму ее вписали в очертания длинного узкого мыса, на котором стояла батарея. На оконечности мыса возвели круглую двухэтажную башню диаметром более 20 м., своды которой защищала насыпь из грунта. 12 орудий прикрывали рейд и проход в бухту. К башне примыкали одноярусные казематы с открытой платформой для стрельбы через банк. Их орудия защищали подходы к рейду. Основания башни и казематов возвышались над уровнем моря на 6 м, а на отметке 14 м возводилась земляная батарея с двумя фасами для размещения 18 орудий. Гарнизон укрепления размещался в казарме на территории батареи. Артиллерийская прислуга на батарее была от роты №4 и полуроты №5 Севастопольского артиллерийского гарнизона. Командовал батареей командир роты №4 капитан П.А. Козловский, «…замечательный пунктуальной точностью в исполнении служебных обязанностей и отличной чистотой и порядком, которые он соблюдал на батарее даже во время войны».{1162}

Для фланкирования находившейся на противоположном берегу Константиновской батареи на верхней площадке казематированной части Александровской батареи 1/2-пудовые единороги были заменены 1-пудовыми и 18-фунтовыми пушками.{1163}

Батарея открыла огонь после того, как вступила в дело соседняя батарея №10. Одновременно с ней начала стрельбу батарея № 8 с бастионом батареи № 7, но их огонь по сравнению с огнем батареи № 10 из-за дальности расстояния был менее эффективен. {1164}

С этого времени грохот орудийных выстрелов слился, действительно, как у Лермонтова, в «один протяжный вой». Снаряды долетали до Херсонеса, в Балаклаве, казалось бы, достаточно удаленной от места сражения, не осталось ни одного целого стекла в домах.{1165}

На батарее сосредоточила огонь вторая половина французской эскадры: «Париж», «Валми», «Генри IV», «Наполеон», «Юпитер» и два турецких корабля.

Русские, заметив на «Наполеоне» адмиральский флаг, сосредоточили огонь на нем. Хотя это громко сказано, на самом деле против лучшего в мире линейного корабля действовали всего 9 орудий из казематов, которым помогали, правда, 2 орудия с Константиновской и 1 с выступающего правого фаса батареи № 10.{1166}

К 16 часам огонь стал стихать. Союзные эскадры начали покидать поле сражения. Безветрие привело к тому, что пороховой дым плотно закрыл акваторию, лишив не только противников возможности видеть друг друга, но и соседние корабли часто теряли один другого.

Честно говоря, очень хочется касательно ухода союзных эскадр применить словосочетание «бежали бесславно». Но, увы, давайте будем справедливы, флот именно выходил из боя, а не бежал в панике. Хотя определенные проблемы были, особенно у тех, кто получил тяжелые повреждения.

В довершение всем несчастьям, преследовавшим союзников в это день на море, в сумерках дымящийся «Санспарейл» врезался в «Камбрию», спешившую на помощь.

Михайловская и Константиновская батареи в Севастополе

Севастополь – исконно русский город, который выдержал 2 героических обороны и прославился мужеством и стойкостью своих защитников. Изначально Севастополь строился как город-крепость. В первую очередь строились оборонительные сооружения – земляные батареи по берегам бухты, чтобы прикрыть флот. Места для строительства выбирал фельдмаршал Суворов. Их было построено пять. Три на южной стороне города – Александровская, Николаевская и Павловская (взорваны в конце 1-ой обороны), и две на северной – Михайловская и Константиновская, которые уцелели до наших дней. Их хорошо видно с южного берега Севастопольской бухты, но, если вы хотите полностью проникнуться историей легендарного города, тогда обязательно побывайте на морской экскурсии на катере или яхте судоходной компании «Роза ветров», во время которой вы сможете окунуться в славную историю памятных мест и приблизиться к стенам равелинов, которые и сегодня не дают забыть о героизме защитников города.

Исторические сведения

Константиновскую и Михайловскую батарею соорудили в 1840 и 1846 годах соответственно. Они представляют собой военные укрепления с отверстиями для орудий – бойницами. Вначале на одноименном Константиновском мысе была построена земляная батарея, а в 1874 по указанию Суворова соорудили двухъярусную каменно-земляную. Константиновский равелин в том виде, который мы знаем сейчас, построен по проекту инженера-полковника Карла Ивановича Бюрно. Сооружена батарея в виде подковы из крымбальского известняка. Она повторяет очертания мыса: левый фас обращен к рейду, а правый – к морю. Общая длина фасада – 230 метров, ширина – 25 метров, а высота над уровнем моря – 12 метров. И несмотря на то, что в октябре 1854 года батарея сильно пострадала во время бомбардировки, она позволила дать достойный отпор врагу.

Михайловский форт построен буквой П, длина фасада 205 м, толщина оборонительной стены 1,8 м. Здесь было размещено 77 мощных орудий – практически линейный корабль!

Во время Крымской войны Константиновский и Михайловский равелины надежно защищали вход в Севастопольскую бухту от английских и французских кораблей, а потом служили госпиталем и надежной защитой для русских моряков. В годы Великой Отечественной войны батареи являлись основными рубежами при обороне Северной стороны в 1942 году.

В 2010 году в Михайловском равелине торжественно открыт Военно-морской музей. Это 20 выставочных залов и 10 тыс. экспонатов.

Использование Земли в качестве аккумулятора

Когда вы помещаете цинковый анод и медный катод в контейнер с влажным буровым раствором, два металла начинают реагировать, потому что цинк теряет электроны легче, чем медь, и потому, что грязь содержит ионы. Смачивая грязь, он превращается в настоящий раствор электролита.

Использование Земли в качестве аккумулятора

Лен Кальдероне для | AltEnergyMag

В 1841 году Александр Бейн подтвердил способность влажной грязи производить электричество.Заземленная батарея – это пара электродов, состоящих из двух разнородных металлов, использующих влажную землю в качестве электролита. Чтобы сделать батарею, Бейн закопал в землю пластины из цинка (анода) и меди (катода) на расстоянии примерно ярда друг от друга. Он давал выходное напряжение примерно 1 вольт.

Когда вы помещаете цинковый анод и медный катод в емкость с влажным буровым раствором, два металла начинают реагировать, потому что цинк теряет электроны легче, чем медь, и потому, что грязь содержит ионы. Смачивая грязь, он превращается в настоящий раствор электролита.Таким образом, электроды начинают обмениваться электронами, как в обычной батарее.

(Викискладе)

Если бы электроды соприкасались, при реакции они выделяли бы много тепла; но поскольку их разделяет почва, свободные электроны должны проходить через провод, соединяющий два металла. Если к замкнутой цепи подключить светодиод, значит, у вас почвенная лампа.

Чтобы получить естественное электричество, исследователи вбивали в землю две металлические пластины в направлении магнитного меридиана или астрономического меридиана.Более сильные течения текут с юга на север. Это обстоятельство влияет на значительную однородность силы тока и напряжения. Поскольку земные токи текут с юга на север, электроды располагаются, начиная с юга и заканчивая севером. Во многих ранних экспериментах стоимость была непомерно высокой из-за большого расстояния между электродами.

Было обнаружено, что уровень напряжения линейно возрастает за счет последовательного соединения нескольких заземляющих элементов аккумуляторной батареи, как в стандартной свинцово-кислотной аккумуляторной батарее.Ток нагрузки увеличивается за счет параллельного подключения заземляющих ячеек. Также было обнаружено, что емкость источника по току увеличивается за счет увеличения площади поверхности электродов, за исключением того, что напряжение отдельной ячейки остается постоянным независимо от размеров электродов.

Поскольку все обычные металлы ведут себя одинаково, два разнесенных электрода имеют нагрузку во внешней цепи между ними. Они приготовлены в электрической среде, и по мере передачи энергии среде свободные электроны в среде возбуждаются.Свободные электроны затем текут к одному электроду в большей степени, чем к другому электроду, тем самым заставляя электрический ток течь во внешней цепи через нагрузку.

Ток течет от той пластины, положение которой в ряду электрического потенциала близко к отрицательному концу. Пики тока возникают, когда два металла наиболее широко разнесены друг от друга в ряду электрического потенциала, и когда материал ближе, положительный конец находится на севере, а отрицательный конец – в направлении юга.Пластины, одна из которых медная, а другая – железная или углеродная, соединены над землей с помощью провода, не оказывающего большого сопротивления. При таком расположении электроды не подвергаются значительной химической коррозии, даже когда они находятся в земле, залитой водой, и длительное время соединены проводом.

Обратной стороной является то, что процедура не будет длиться вечно. В конце концов, грязь потеряет свои электролитные свойства, но замена почвы перезапустит процесс.

Другой источник, микробные батареи или микробные топливные элементы, уже существует, но их выходная мощность настолько мала, что они имеют минимальное использование для включения света, зарядки сотового телефона, калькулятора, электронных часов, детских игрушек и светодиодов белого света, так как у них минимальные потребности в энергии.

Почвенный микробный топливный элемент (Wikimedia Commons)

Это устройство состоит из графитовой ткани (анода), помещенной на дно контейнера, засыпанного землей, и отрезка проволочной сетки (катода).Электроны образуются, когда микробы поедают отходы в почве. Эти электроны проходят через сеть бактерий от анода из графитовой ткани через проводящую проволоку, чтобы добраться до катода с проволочной сеткой. Светодиодный индикатор, подключенный к цепи, загорается, когда ток течет по цепи.

По оценкам начинающей компании Lebone Solutions из Гарварда, топливный элемент размером 10,7 квадратных футов будет производить 1 ватт, который может заряжать сотовый телефон; Площадь 53,8 квадратных футов могла питать лампу или вентилятор.В большинстве стран мира микробный топливный элемент не был бы эффективным источником энергии. В сельских районах Африки, где нет энергосистемы, такое расположение может иметь значение, если вы пройдете несколько миль, чтобы зарядить телефон. Лебоне в настоящее время запускает топливный элемент для использования в нескольких сельских африканских деревнях. При поливе закопанные клетки могут работать месяцами.

Земля не состоит из одинаковых материалов. Тяжелые элементы, такие как железо, свинец и золото, спустились в горячее внутреннее пространство, в то время как более легкие элементы, такие как кислород и водород, поднялись на холодную поверхность.Когда тяжелые и легкие элементы объединяются, они реагируют.

Каждая группа элементов реагирует по-своему. Тяжелые элементы отдают электроны, а более легкие – собирают их. Это наша земная батарея. Скалы в мантии Земли действуют как один электрод, а вода – как второй. Когда в земной коре происходит трещина, горячая порода контактирует с водой, и электроны переходят от одного к другому. Когда электроны контактируют с водой, образуется водород.

Если имеется достаточный запас холодной воды и горячей породы, он обеспечивает достаточно большую батарею, чтобы обеспечить работу в течение тысяч, миллионов или даже миллиардов лет. Тепло из недр Земли быстро рассеивается и не может быть сохранено. Электроны реагируют с молекулами воды с образованием водорода. Водород – это природный аккумулятор. Этот процесс эффективно переносит энергию из ядра Земли на поверхность, где она может быть потреблена. Микробы эволюционировали, чтобы высвобождать эту энергию контролируемым образом, перетекая в нужные части клетки для поддержания жизни.Вот почему ученые обсуждают воду как уникальную и необходимую для жизни. Извилистые камни, дающие пищу микробам, довольно распространены во Вселенной. Они были обнаружены на астероидах и на Марсе.

Экспериментальные исследования земных батарей очень обнадеживают. Первые результаты земных батарей показали разумный потенциал на будущее.

Содержание и мнения в этой статье принадлежат автору и не обязательно отражают точку зрения AltEnergyMag

Комментарии (0)

Эта запись не имеет комментариев.Будьте первым, кто оставит комментарий ниже.


Опубликовать комментарий

Вы должны войти в систему, прежде чем сможете оставлять комментарии. Авторизуйтесь сейчас.

Рекомендуемый продукт

SOLTEC – ОДНООСНЫЙ ТРЕКЕР SF8

Под лозунгом «Создан для величия» трекер SF8 призван произвести революцию на рынке фотоэлектрических устройств с его новой минимальной конфигурацией 2×60 и струнами от 4 до 6.Этот трекер элегантно спроектирован, в то время как он усиливает свою структуру, чтобы работать на любой местности. Кроме того, трекер SF8 увеличивает жесткость своей конструкции на 22% больше, чем предыдущее поколение трекеров Soltec, SF7. SF8 специально разработан для более крупных модулей на 72 и 78 ячеек, что является растущей рыночной тенденцией.

(PDF) Экспериментальное исследование аккумуляторных батарей с заземлением

Вторая международная конференция по электротехнике

25-26 марта 2008 г.

Инженерно-технологический университет, Лахор (Пакистан)

978-1-4244-2293-7 / 08 / 25 долларов.00 © 2008 IEEE.

Экспериментальное исследование земных батарей

Н. Хан, З. Салим, Н. Абас *

Институт информационных технологий COMSATS, H-8/1, Johr Campus Islamabad, Пакистан

* Кафедра электротехники Университета Гуджрат, Гуджрат, Пакистан.

[email protected]

Аннотация: Мы сообщаем об успешном проектировании, строительстве и эксплуатации аккумуляторной батареи заземления

в качестве альтернативного источника энергии для систем энергоснабжения малой мощности

.Для максимальной разности потенциалов

были исследованы различные комбинации металлических и не металлических твердотельных, жидких и газовых электродов

и других. С точки зрения надежности и рентабельности

использования этой технологии естественной энергии неквалифицированными сельскими потребителями

были выбраны наиболее подходящие комбинации общедоступных металлов

для дальнейших подробных исследований характеристик. Комбинации

магниевого анода и коксового катода; Цинковый анод и катод из графита

; Алюминиевый анод и углеродный катод; Цинковый анод и

медных катодов дали 2.05, 1,40, 1,10 и 0,9 В на элемент. Типичная номинальная мощность

одиночной Zn-Cu ячейки составила несколько десятков

микроампер. На территории работали маломощные электронные устройства, такие как калькуляторы, электронные часы

, детские игрушки и сотовые телефоны, а также светодиоды белого света

. Было обнаружено, что уровень напряжения увеличивается линейно на

при последовательном подключении нескольких заземляющих элементов аккумуляторной батареи, таких как промышленная свинцово-кислотная аккумуляторная батарея

.Было установлено, что ток нагрузки увеличивается на

при параллельном подключении заземляющих ячеек. Источник тока

и

емкостей также увеличивался за счет увеличения площадей на

электродов. Однако было обнаружено, что напряжение одной ячейки остается постоянным, независимо от размеров электродов. В данной статье приводится подробное исследование характеристик

наиболее экономически эффективных и доступных

аккумуляторных батарей с металлическими электродами.Успешно продемонстрирована работа земной батареи как бесплатного источника электроэнергии

.

I. ВВЕДЕНИЕ

Священный Грааль свободной энергии может включать электростатические двигатели

, геомагнитные генераторы [1-2], воздушные [3], морские [4] и

земные батареи [5-8]. Некоторые сторонники свободной энергии часто обращали внимание на

вечных двигателей, используя

научно неработающих идей, таких как устройства over unity, двигатели

тысячелетия, самозарядка на основе резонанса и бесплатные

колесных устройств.Не существует ничего, кроме источника свободной энергии

, такого как установка электродвигатель-генератор с взаимным питанием, без каких-либо входных цепей

или гравитационных машин свободного хода или усиления на основе отрицательного сопротивления

. Тем не менее, химические реакции

и земные батареи, основанные на сродстве к электрону, могут быть исследованы на предмет потенциала постоянного тока от низкого до высокого напряжения для управления небольшими нагрузками светодиодного освещения с белым излучением шкалы

в отдаленных холмистых районах

или небольших электронных устройств.Их также можно рассматривать как

для замены высоковольтных слаботочных источников питания

или ионизационных источников питания. Как и наземные батареи, для аналогичных применений можно использовать морские батареи

.

Однако воздушные батареи могут использоваться для массового производства электроэнергии

и работы сетевых систем [3]. Ввиду глобального энергетического кризиса

, который будет вызван естественным прекращением добычи нефти и газа в ближайшие 50–

60 лет [9-11], стало очень важно искать

альтернативных источников энергии, чтобы сдерживать человечество от

до

сражений до великой энергетической войны [12-13].

Хотя уран [14] и уголь [9] будут продолжать существовать

в течение нескольких столетий, но они не могут заменить нефть и газ, несмотря на

рисков радиоактивных опасностей (плутоний) и парниковых газов

(CO2). Либо мы можем остановить глобальное потепление под угрозой

ядерной радиации, либо сделать планету безъядерной под угрозой глобального потепления

из-за повышения температуры с 1,4 до

5,8ºC с 1990 по 2100 год за счет экспоненциального роста концентраций CO2

.Повышение температуры поверхности земли за последние десять

жарких лет (1997-2007 гг.) Составило около 0,6ºC. Максимальная температура

была зафиксирована на уровне 52ºC в крупных городах

Пакистана и 46ºC в Греции. Охладите дом и обогрейте планету

или адаптируйтесь к естественному образу жизни. Мы должны прекратить использование избыточной энергии

для развлечений и перенастроить себя на

новых стилей жизни, требующих минимального количества энергии в форме охлаждения или обогрева

.Ученые должны упорно трудиться, чтобы

исследовать новые источники энергии, иначе будьте готовы к тому, что

скоро погибнут в великой энергетической войне или глобальном парниковом эффекте

неизвестно, какой из них преобладает раньше. Эта работа представляет собой очень честное усилие

по исследованию возможности использования земных батарей

для освещения удаленных деревень, связи

сигнализации и управления маломасштабными электронными нагрузками там, где

нет альтернативного источника электроэнергии или просто для сохранения

электричество.Предполагая однородный профиль электрода, потенциалы

некоторых электродных пар обычных металлов в почвах

показаны в таблице 1. [15-17].

Таблица 1 Потенциал обычных металлов, подходящих для заземления батареи

магний

цинк

цинк

алюминий

железо

-1.75

-1.10

-1.10

-00002 -0.80

9000.500002 -0.80

9000.500002 -0.80

графит

медь

углерод

уголь

+0.30

+0.30

+0.20

+0.30

+0.30

Чтобы проверить возможность более высоких токов и напряжений, несколько

больших электродов C, Mg и Al находятся в стадии строительства или

проходят испытания. В отличие от воздушных батарей, используемых в транспортных средствах, земные батареи

имеют очень низкую емкость Втч. Он не может управлять даже

обычными моторизованными детскими игрушками. Надземная батарея не смогла

проехать

даже светодиод несмотря на 0.Ток 7 мА из-за низкого напряжения

. У него средняя мощность 0,63 Вт.

все еще было слишком маленьким, чтобы управлять любой моторизованной нагрузкой, кроме электронных цифровых часов

. Простая воздушная батарея может состоять из алюминиевой фольги (или магния

) и активированного угля (или железа). Кислород из воздуха

может проникать через пропитанную соленой водой бумагу и вступать в реакцию

с алюминием. Электроды, прикрепленные к алюминию и углю

, могут давать достаточное полезное напряжение.Напряжение аккумуляторной батареи

зависит от понижающего потенциала. Типичное сокращение

Сборка земной батареи – Национальный субботний клуб

Необходимые материалы

  • Восемь небольших контейнеров (лоток для льда или аналогичный)
  • Почва (влажная)
  • Восемь оцинкованных или железных шурупов / гвоздей / стержней
  • Медный провод (можно найти в старом кабеле, таком как старые удлинители)
  • Наждачная бумага или проволочная вата
  • Маленькая лампочка с двумя проволочными ножками, вольтметром или чем-либо еще, что будет реагировать на ток около 5 вольт (подходящие лампочки часто встречаются в рождественских огнях, гирляндах и / или фонариках)

Задание, часть первая – Земляная батарея, сборка

Если медь находится в кабеле или проводах, удалите изоляцию.Аккуратно потрите медь наждачной бумагой или проволочной мочалкой, если на ней есть покрытие. Если медная проволока очень тонкая, вы можете скрутить несколько жил, чтобы получилась более толстая проволока.

Отрежьте семь кусков медной проволоки длиной от 10 до 15 см каждый. Оберните кусок медной проволоки вокруг вершины каждого винта / гвоздя, кроме одного.

Наполните клетки почвой и смочите небольшим количеством воды.

Вставьте винт / гвоздь с медной оберткой в ​​одну ячейку почвы, а свободный конец медной проволоки – в соседнюю ячейку почвы.

В той же ячейке почвы, что и конец медного провода, вставьте следующий винт / гвоздь с медной оберткой и продолжайте соединять ячейки таким образом, пока винты / гвозди не будут расположены в U-образной форме.

Это означает, что должны быть две соседние ячейки, которые не соединены.

В ячейку, в которую вставлен только медный провод, вставьте один винт / гвоздь, к которому не была прикреплена медь.В соседнюю неподключенную ячейку вставляем петлю из меди.

Используя один винт / гвоздь и петлю из медного провода в качестве контактов, замкните цепь с помощью лампочки, вольтметра или любого другого подходящего устройства, имеющего две точки подключения и показывающего, что течет ток.

Вы можете играть с различным количеством ячеек. Можете ли вы заставить его работать с одной ячейкой?

Задание, часть вторая – Охота за сокровищами

Попробуйте найти в доме тускло-серые стиральные машины.Они, как правило, имеют оцинкованное покрытие (т. Е. Оцинкованные) или другие металлические детали, которые выглядят одинаково. Затем найдите электрические провода для соединений, возможно, разобрав электрический элемент, который больше не работает, например, лампу.

Возьмите несколько британских монет, лучше всего подойдут один или два пенса до 1992 года. Вы можете слегка потереть их наждачной бумагой. В качестве альтернативы можно использовать оголенные медные провода, натертые наждачной бумагой, а затем сплетенные вместе, или другой подходящий медный предмет.

Соберите чашки.Также подойдут алюминиевые банки, ПЭТ-бутылки, горшочки для йогурта или любые аналогичные емкости. Это будут ваши клетки. Залейте не менее объема соленой воды, начиная со столовой ложки любой соли, найденной на кухне, и заканчивая двумя стаканами водопроводной воды.

С помощью электрических проводов прикрепите цинковый элемент к медному элементу, поместите цинковый конец в одну ячейку, а медный конец в соседнюю ячейку и продолжайте, как при установке заземляющей батареи. Таким образом, ячейки будут связаны с каждой, содержащей один цинковый и один медный элемент, за исключением первой и последней ячейки.В неподключенной ячейке с медью поместите предмет из цинка на электрический провод, а в неподключенном элементе с цинком поместите предмет из меди на электрический провод. Используя свободные концы электрических проводов, подключите светодиодную лампочку и посмотрите, есть ли у вас ток.

Поиграйте с количеством клеток и концентрацией солевых растворов. Вы также можете поиграть с различными солями, если найдете их дома.

Не забывайте периодически протирать металлы наждачной бумагой или чем-нибудь абразивным, чтобы удалить налет или окисление, которое образовалось.

Спасибо, , за участие в семинаре Субботнего научно-инженерного клуба Кингстонского университета.

Отправьте фотографии своей Earth Battery или разместите в Интернете и отметьте @natsatclub

Ресурсы и ссылки

Какие металлы являются хорошими проводниками электричества?

Почему медь является хорошим проводником электричества?

Подробнее о Earth Battery

Батарея с солёной водой… как надо!

Металлы в монетах Великобритании

Анализ характеристик земной батареи с использованием добавки к органическим отходам

[1] Н.Хан, З.С., Экспериментальное исследование земных батарей на Второй Международной конференции по электротехнике, Пакистан (2008).

[2] Коррозийная почва и наземные фотоэлектрические панели.www. гражданский. com / resource / почвы-коррозия-эффекты-пв-земля-крепления.

[3] Вигнерон, Дж. П., А. Шанзи, П. Росней, Кристоф Рюдигер и К.К Жан, Оценка эффективной температуры почвы в L-диапазоне в зависимости от свойств почвы, IEEE Transactions по геонауке и дистанционному зондированию, март 2008 г., стр.797-807.

DOI: 10.1109 / tgrs.2007.914806

[4] Кромптон, Т.R. Справочник по аккумуляторным батареям. Ньюнес: Оксфорд, (2000).

[5] Э. Кац и А. Бейн. История электрохимии, электричества и электроники; Биосенсоры и биоэлектроника, 1887 г.

[6] Д. Drawbaugh, Земляная батарея для электрических часов. Патент США 211, 322, 1800.

[7] Р.Дж. Эдвард. Измерение удельного сопротивления почвы и расчет сопротивления заземляющего электрода (1998).

[8] Периодическая таблица.www. химикоол. com.

[9] Р. Чанг, М.С. Физическая химия для зачисления в университет: Электрохимия. Малайзия Макгроу Хилл, (2005).

Green Energy Reality Check: это не так чисто, как вы думаете

Это материальный мир

Сколько весит миля путешествия или фильм? Столь странно звучащий вопрос не о расстоянии или времени; вместо этого он указывает на неизбежную реальность, в которой каждый продукт и услуга начинаются с добычи полезных ископаемых из земли и поддерживаются ею.

Для всего, что построено или изготовлено, можно провести прямую линию вверх по течению, где люди используют тяжелое оборудование (в некоторых странах просто лопаты) для извлечения материалов из земли. Очевидно, что материалы, из которых строятся мосты, небоскребы и автомобили, имеют измеримый вес. Менее очевиден вес материалов, необходимых для производства энергии. Различные формы энергии включают в себя совершенно разные типы и количества машин для сбора энергии и, следовательно, разные виды и количества материалов.

Будь то жидкости, извлеченные из земли для приведения в действие двигателя внутреннего сгорания, или твердые частицы, используемые для создания батарей, любое значительное увеличение количества используемых материалов на милю будет в сумме, потому что одни только американцы проезжают около 3 триллионов автомобильных миль в год. То же самое верно для выработки киловатт-часов и всех других видов использования энергии. Природа лежащих в основе минералов и материалов, необходимых для цивилизации, всегда была важна. Сейчас критически важно, что правительства всего мира спешат использовать возобновляемые источники энергии.

Все машины изнашиваются, и в «зеленых» машинах нет ничего возобновляемого, поскольку необходимо постоянно добывать материалы, чтобы создавать новые и заменять изнашиваемые. Все это требует добычи, обработки, транспортировки и, в конечном итоге, утилизации миллионов тонн материалов, большая часть которых функционально или экономически непригодна для вторичной переработки.

Обеспечение доступа к полезным ископаемым, поддерживающим общество, – очень давняя забота, которая вплетена в историю и даже спровоцировала войны.В современную эпоху политика США по устранению зависимости от полезных ископаемых началась в 1922 году, когда Конгресс после Первой мировой войны разработал список из 42 «стратегических и критических материалов» для технологий и машин, важных для военных в то время. [2]

Затем последовал Закон о стратегических материалах 1939 года, который с тех пор несколько раз обновлялся и изменялся, в него были включены идеи по поощрению отечественной добычи полезных ископаемых и созданию запасов стратегически важных минералов для военной техники.

За последнее столетие произошло два значительных события.Во-первых, США не расширили внутреннюю добычу полезных ископаемых, и в большинстве случаев производство почти всех полезных ископаемых в стране сократилось. Во-вторых, резко вырос спрос на полезные ископаемые. Эти две пересекающиеся тенденции привели к значительным изменениям во взаимозависимостях цепочки поставок. Сегодня импорт составляет 100% примерно из 17 важнейших полезных ископаемых, а по 29 другим видам чистый импорт составляет более половины спроса [3].

Материальные затраты на «Чистые технологии»

Материалы, извлекаемые из земли для изготовления ветряных турбин, солнечных панелей и батарей (для хранения электроэнергии из сети или приводов электромобилей), находятся вне поля зрения, они расположены в отдаленных карьерах, на шахтах и ​​на предприятиях по переработке полезных ископаемых по всему миру.Эти местоположения имеют значение с точки зрения геополитики и рисков цепочки поставок, а также с точки зрения окружающей среды. Прежде чем рассматривать цепочку поставок, важно понять масштабы потребностей в материалах. Что касается зеленой энергии, все начинается с того факта, что такие источники занимают много земли и очень распространены.

Например, для замены выработки энергии от одной турбины, работающей на природном газе, мощностью 100 МВт, которая сама по себе размером с жилой дом (производящей электроэнергии достаточно для 75000 домов), потребуется не менее 20 ветряных турбин, каждая из которых размером Монумент Вашингтона, занимающий около 10 квадратных миль земли.[4]

Для создания этих ветряных машин требуется огромное количество обычных материалов, включая бетон, сталь и стекловолокно, а также менее распространенные материалы, включая «редкоземельные» элементы, такие как диспрозий. В исследовании Всемирного банка отмечается то, что знает каждый горный инженер: «Технологии, которые, как предполагается, будут способствовать переходу на чистую энергию… на самом деле значительно более материалоемкие по своему составу, чем существующие традиционные системы энергоснабжения на основе ископаемого топлива» [5].

Все формы зеленой энергии требуют примерно сопоставимого количества материалов для создания машин, улавливающих природные потоки: солнце, ветер и воду.По потреблению материалов ветряные электростанции близки к гидроэлектростанциям, а солнечные фермы опережают и те, и другие. Во всех трех случаях наибольшая доля тоннажа приходится на обычные материалы, такие как бетон, сталь и стекло. По сравнению с электростанцией, работающей на природном газе, всем трем требуется, по крайней мере, в 10 раз больше тонн, добытых, перемещенных и преобразованных в машины, обеспечивающие то же количество энергии (, рис. 1, ).

Например, для строительства единственной ветряной электростанции мощностью 100 МВт – не говоря уже о тысячах из них – требуется около 30 000 тонн железной руды и 50 000 тонн бетона, а также 900 тонн неперерабатываемого пластика для огромных лопастей.[6] С солнечным оборудованием тоннаж цемента, стали и стекла на 150% больше, чем у ветра, при той же выработке энергии. [7]

Если будут использоваться эпизодические источники энергии (ветер и солнце) для круглосуточного снабжения электроэнергией, потребуются еще большие количества материалов. Необходимо построить дополнительные машины, примерно в два-три раза больше, чтобы производить и хранить энергию, когда есть солнце и ветер, для использования в то время, когда их нет. Затем есть дополнительные материалы, необходимые для строительства хранилища электроэнергии.Для контекста, система хранения общего назначения, достаточная для вышеупомянутой ветряной электростанции мощностью 100 МВт, потребует использования не менее 10 000 тонн батарей класса Tesla.

Обработка и переработка таких больших объемов материалов влечет за собой собственные затраты на электроэнергию, а также связанные с ними последствия для окружающей среды, которые рассматриваются ниже. Но во-первых, критическая проблема цепочки поставок заключается не столько в увеличении использования обычных (хотя и энергоемких) материалов, таких как бетон и стекло. Основные проблемы для цепочки поставок и окружающей среды связаны с необходимостью радикального увеличения количества самых разных полезных ископаемых.

В настоящее время в мире добывается около 7000 тонн неодима в год, например, одного из многочисленных ключевых элементов, используемых при изготовлении электрических систем для ветряных турбин. Текущие сценарии экологически чистой энергии, представленные Всемирным банком (и многими другими), потребуют увеличения предложения неодима на 1000–4000% в ближайшие несколько десятилетий [8]. Несмотря на то, что в различных анализах потребности в минералах для зеленой энергии используются разные исходные допущения, все они приходят к одному и тому же диапазону выводов.Например, добыча индия, используемого для производства солнечных полупроводников, должна увеличиться на 8000%. Добыча кобальта для аккумуляторов должна вырасти на 300–800% [9]. Производство лития, используемого для электромобилей (не говоря уже о сети), должно вырасти более чем на 2 000% [10]. Институт устойчивого будущего при Технологическом университете Сиднея, Австралия, в прошлом году проанализировал 14 металлов, необходимых для создания экологически чистых машин, и пришел к выводу, что поставки таких элементов, как никель, диспрозий и теллур, необходимо увеличить на 200–600%.[11]

Последствия такого значительного увеличения спроса на энергетические полезные ископаемые не были полностью проигнорированы, по крайней мере, в Европе. Исследование, спонсируемое правительством Нидерландов, показало, что одни только экологические амбиции Нидерландов потребуют значительную долю мировых запасов полезных ископаемых. «Экспоненциальный рост [глобальных] мощностей по производству возобновляемой энергии, – отмечается в исследовании, – невозможен при современных технологиях и ежегодном производстве металла» [12]

За кадром: сорта руды и вскрыша

Масштаб этих материальных потребностей занижает общий тоннаж земли, которая обязательно перемещается и обрабатывается.Это связано с тем, что прогнозы будущих потребностей в минералах сосредоточены на подсчете количества необходимых очищенных, чистых элементов, а не на общем количестве земли, которую необходимо выкопать, переместить и обработать.

На каждую тонну очищенного элемента необходимо физически перемещать и обрабатывать гораздо больший тоннаж руды. Это реальность для всех элементов, которую геологи выражают как класс руды: процент породы, которая содержит искомый элемент. Хотя сорта руды сильно различаются, медные руды обычно содержат только около половины процента по весу самого элемента: таким образом, примерно 200 тонн руды выкапывают, перемещают, измельчают и перерабатывают, чтобы получить одну тонну меди.Что касается редкоземельных элементов, на тонну элемента добывается от 20 до 160 тонн руды. [13] Для получения одной тонны кобальта добывается около 1500 тонн руды.

При расчете экономических и экологических затрат необходимо также включить так называемую вскрышную породу – тонны горных пород и грязи, которые сначала удаляются, чтобы получить доступ к часто глубоко залегающей руде, содержащей минералы. Хотя коэффициенты вскрыши также сильно различаются, обычно от трех до семи тонн земли перемещают, чтобы получить доступ к одной тонне руды.[14]

Чтобы получить представление о том, на что все это указывает в отношении общего объема материалов, выделяемых на пути экологически чистой энергии, рассмотрим цепочку поставок аккумуляторной батареи для электромобиля. Одна батарея, обеспечивающая полезный запас хода, весит около 1000 фунтов [15]. Для получения очищенных минералов, необходимых для производства одной батареи электромобиля, требуется добыча, перемещение и переработка более 500 000 фунтов материалов где-нибудь на планете (см. Врезку ниже). [16] Это в 20 раз больше, чем 25 000 фунтов нефти, которые двигатель внутреннего сгорания использует в течение всего срока службы автомобиля.

Основной вопрос для экологически чистой энергетики будущего заключается не в том, достаточно ли элементов в земной коре для удовлетворения спроса; Есть. Большинство элементов довольно распространены, и почти все они встречаются гораздо чаще, чем золото. Получение достаточного количества природных элементов по приемлемой для рынка цене в основном определяется технологиями и доступом к земле, на которой они захоронены. Последнее в основном касается правительственных разрешений.

Однако, как предупреждает Всемирный банк, материальные последствия будущего «чистых технологий» создают «новый набор проблем для устойчивого развития полезных ископаемых и ресурсов.[17] Некоторые минералы трудно получить по техническим причинам, присущим геофизике. Именно в физике, лежащей в основе экстракции, и в физической химии очистки, мы находим реальности неустойчивой зеленой энергии в масштабах, которые многие предлагают.

500 000 фунтов: общий объем извлеченных и переработанных материалов на батарею электромобиля

Литиевая батарея EV весит около 1000 фунтов.(a) Хотя существует множество вариантов, такая батарея обычно содержит около 25 фунтов лития, 30 фунтов кобальта, 60 фунтов никеля, 110 фунтов графита, 90 фунтов меди, (b) около 400 фунтов стали, алюминий и различные пластмассовые детали. (c)

Глядя на содержание руды вверх по течению, можно оценить типичное количество породы, которое необходимо извлечь из земли и обработать, чтобы получить чистые минералы, необходимые для изготовления этой единственной батареи:

• Литиевые рассолы обычно содержат менее 0.1% лития, поэтому для получения 25 фунтов чистого лития требуется около 25000 фунтов рассола. (D)

• Содержание кобальтовой руды в среднем составляет около 0,1%, то есть около 30 000 фунтов руды. (E)

• Содержание никелевой руды в среднем составляет около 1%, то есть около 6000 фунтов руды. (F)

• Графитовая руда обычно составляет 10%, то есть около 1000 фунтов на батарею. (Г)

• Медь около 0.6% в руде, то есть около 25 000 фунтов руды на батарею. (H)

Таким образом, для получения только этих пяти элементов для производства 1000-фунтовой батареи электромобиля требуется добыча около 90 000 фунтов руды. Чтобы правильно учесть всю перемещаемую землю – что имеет отношение к общему воздействию на окружающую среду и энергопотреблению горнодобывающего оборудования – необходимо оценить вскрышу или материалы, сначала выкопанные, чтобы добраться до руды. В зависимости от типа руды и местоположения вскрыша составляет от 3 до 20 тонн земли, удаляемой для доступа к каждой тонне руды.(i)

Это означает, что для получения доступа к примерно 90 000 фунтов руды требуется выкопать и переместить от 200 000 до более 1 500 000 фунтов земли, что в среднем составляет более 500 000 фунтов на батарею. Точное число будет варьироваться в зависимости от химического состава батарей, а также потому, что в разных регионах сорта руды сильно различаются. Следует отметить, что этот общий материальный след не включает большое количество материалов и химикатов, используемых для обработки и очистки всех различных руд.Мы также не учитывали другие используемые материалы по сравнению с обычным автомобилем, такие как замена стали алюминием, чтобы компенсировать потерю веса батареи, или цепочку поставок редкоземельных элементов, используемых в электродвигателях (например, неодима, диспрозия). ( j) Также исключено из этого подсчета: связанные, но не аккумуляторные электрические системы в электромобиле используют примерно на 300% больше меди по сравнению с обычным автомобилем. (k)


(a) Хелена Берг и Матс Закриссон, «Перспективы экологической и экономической оценки литий-металлических отрицательных электродов в тяговых батареях электромобилей», Journal of Power Sources 415 (март 2019): 83–90.
(b) Марсело Азеведо и др., «Литий и кобальт: история двух товаров», McKinsey & Company, 22 июня 2018 г .; Мэтт Бадиали, «Tesla не может производить электромобили без меди», Баньян Хилл, 3 ноября 2017 г .; Амит Катвала, «Растущие экологические издержки нашей зависимости от литиевых батарей», Wired , 5 августа 2018 г.
(c) Пол Гейт, «Узкие места в сырье и сырьевые товары», в Electric Revolution: Investing in the Car of the Future , Bernstein Global Research, март 2017 г .; Фред Ламберт, «Неисправность сырья в аккумуляторах Tesla и возможные узкие места», electrek.co, 1 ноября 2016 г .; Мэтт Больсен, «Взгляд на влияние электромобилей на никелевый сектор», Seeking Alpha, 7 марта 2017 г.
(d) Ханна Викстрём и др., «Доступность лития и перспективы производства в будущем», Applied Energy 110 (2013): 252–66.
(e) John F. Slack et al., «Cobalt», в Критические минеральные ресурсы США – экономическая и экологическая геология и перспективы будущих поставок , USGS Professional Paper 1802, 19 декабря 2017 г.
( е) Владмир И.Бергер и др., «Месторождения Ni-Co латерита в мире – база данных, модели содержания и тоннажа», Отчет Геологической службы США в открытом доступе за 2011-1058 (2011).
(g) Гилпин Р. Робинсон-младший и др., «Графит», в Критических минеральных ресурсах США .
(h) Гуйомар Кальво и др., «Снижение содержания руды в мировой добыче металлов: теоретическая проблема или глобальная реальность?» Ресурсы 5, вып. 4 (декабрь 2016 г.): 1–14; Владимир Басов, «Десять ведущих мировых медных рудников», mining.com, 19 февраля 2017 г .; EPA, «TENORM: отходы добычи и производства меди»: «На каждую метрическую тонну произведенной металлической меди необходимо обрабатывать несколько сотен метрических тонн руды.”
(i) Министерство энергетики, Программа промышленных технологий, Исследование пропускной способности горнодобывающей промышленности , подготовлено BCS, Inc., июнь 2007 г .; Рудник Glencore McArthur River, «вскрыша». Семь тонн вскрыши на тонну добытой руды сильно различаются.
(j) Джефф Дежарден, «Исключительное сырье в Tesla Model S», visualcapitalist.com, 7 марта 2016 г .; Лаура Таленс Пейро и Гара Вильяльба Мендес, «Потребность в материалах и энергии для производства редкоземельных элементов», JOM 65, no. 10 (октябрь 2013 г.): 1327–40.
(k) Ассоциация разработчиков меди, «Медные приводы электромобилей», 2018 г.

Устойчивое развитие: скрытые затраты на материалы

Опасения по поводу воздействия добычи полезных ископаемых на окружающую среду и здоровье были впервые высказаны древнегреческим врачом Гиппократом в его книге De aëre, aquis et locis ( On Air, Waters, and Места ). [18] Поскольку цивилизация не могла существовать без добычи полезных ископаемых из земли, обществу долгое время приходилось бороться с проблемами, связанными с ответственной добычей ресурсов.

Сегодня наиболее драматическим фактором, определяющим масштабы будущей глобальной добычи полезных ископаемых, является не создание продуктов, требующих новых видов использования полезных ископаемых (например, кремний для компьютеров, алюминий для самолетов), а стремление использовать экологически чистые машины для замены углеводородов для удовлетворения существующих потребностей. потребности в энергии. Зеленые машины означают добычу более материалов на единицу энергии, поставляемой обществу. Поскольку чистые технологии предназначены для обеспечения энергией более «устойчивым» способом, необходимо учитывать не только физические реалии добычи полезных ископаемых, но и скрытые энергетические затраты на сами лежащие в основе материалы, т. Е.е. «воплощенные» затраты на энергию.

Воплощенная энергия возникает из топлива, используемого для выкапывания и перемещения земли, измельчения и химического отделения минералов от руд, очистки элементов до чистоты и производства конечного продукта. Воплощенные затраты на энергию могут достигать удивительных уровней. Например, в то время как автомобиль весит примерно в 10 000 раз больше, чем смартфон, для его изготовления требуется всего в 400 раз больше энергии. Ежегодно в мире производится около 600 000 тонн бытовой электроники.[19] Воплощение этой реальности: воплощенная энергия для производства около 200 фунтов стали такая же, как и для производства одного фунта кремния полупроводникового качества. [20] В мире также используется около 25 000 9 0003 тонн 9 0004 (энергоемкого) чистого кремния полупроводникового качества, которого не существовало в докомпьютерную эпоху [21].

Воплощенное использование энергии начинается с топлива, используемого гигантскими горнодобывающими машинами, такими как Caterpillar 797F на 0,3 мили на галлон, который может перевозить 400 тонн руды. Существуют также затраты на электроэнергию на руднике (в отдаленных районах, часто с дизельным двигателем) для работы машин, дробящих камни, а также затраты на энергию при производстве и использовании химикатов для переработки.Для минералов с очень низким содержанием руды топливо может быть значительным фактором в стоимости конечного продукта.

Редкоземельные элементы, используемые во всевозможных технических машинах, включая зеленые, обладают редкими свойствами, но их гораздо больше, чем золота. Однако физическая химия редкоземельных элементов затрудняет их очистку и требует больших затрат энергии. Чтобы получить доступ к фунту редкоземельных элементов и очистить его, требуется примерно вдвое больше энергии, чем, например, фунт свинца. [22]

Для горнодобывающей промышленности нет ничего нового или удивительного в количестве энергии и химикатов, используемых в многоступенчатых процессах, необходимых для очистки минералов, заключенных в скалах.Хотя всегда есть способы (в том числе, в наши дни, с помощью цифровых инструментов) для повышения экономической эффективности – и улучшения безопасности и экологических результатов – исследования показывают, что в отношении энергоэффективности большинство основных процессов добычи полезных ископаемых уже работают вблизи технические или физические ограничения. [23]

Это означает, что в обозримом будущем увеличение производства экологически чистых машин неизбежно приведет к увеличению воплощенной энергии. Например, анализ показывает, что производство одной батареи, способной удерживать энергию, эквивалентную одному баррелю нефти, влечет за собой процессы, в которых используется энергетический эквивалент 100 баррелей нефти.[24] Около половины этой энергии приходится на электроэнергию и природный газ, а другая половина – на нефть. Если батареи производятся в Азии (как сейчас 60% аккумуляторов в мире), более 60% электроэнергии для этого производится на угле [25].

Воплощенная энергия также обязательно является частью строительства ветряных и солнечных машин, особенно потому, что требуется большое количество бетона, стали и стекла. [26] Эти товарные материалы имеют относительно низкую воплощенную энергию на фунт, но количество задействованных фунтов огромно.[27] Например, на природный газ приходится более 70% энергии, используемой для производства стекла. [28] Стекло составляет около 20% тоннажа, необходимого для создания солнечных батарей. Для ветряных турбин нефть и природный газ используются для изготовления лопастей из стекловолокна, а уголь используется для производства стали и бетона. Некоторые перспективы: если ветряные турбины будут поставлять половину мировой электроэнергии, для производства бетона и стали потребовалось бы почти 2 миллиарда тонн угля, а также 1,5 миллиарда баррелей нефти для изготовления композитных лопастей.[29]

Еще один фактор энергии, отсутствующий в анализе воплощенной энергии экологически чистых машин, заключается в том, как поставляются материалы. Более 75% всей нефти и 100% природного газа транспортируется на рынки по трубопроводам. [30] (Большая часть оставшихся тонно-миль приходится на корабли.) Трубопроводы являются наиболее энергоэффективным средством перемещения тонны материала в мире. Однако почти все материалы, используемые для создания зеленых машин, представляют собой твердые тела, и очень большая их часть будет транспортироваться грузовиками.Использование грузовых автомобилей вместо трубопроводов влечет за собой увеличение на 1000% на тонно-милю реализованной транспортировки энергоносителей [31].

Наконец, при любом полном учете экологических реалий существует проблема утилизации, присущая очень большому количеству батарей, ветряных турбин и солнечных элементов после их износа. Эта тема обсуждается ниже. На данный момент следует отметить, что многие ветряные турбины уже достигли 20-летнего срока службы; Реалии вывода из эксплуатации и утилизации только начинаются.Массивные лезвия из армированного стекловолокна (пластика) очень дороги в разрезании и обращении, они сделаны из материалов, не подлежащих вторичной переработке, и в конечном итоге будут выброшены на свалку. Что касается солнечных ферм, Международное агентство по возобновляемым источникам энергии прогнозирует, что к 2050 году, при текущих планах, солнечный мусор будет вдвое превышать тоннаж всех пластиковых отходов в мире. [32]

Для многих сторонников экологически чистой энергии решение всех этих проблем с материалами заключается в изношенном призыве уделять больше внимания «сокращению, повторному использованию и переработке».«Многие люди также находят прибежище в убеждении, что в нашем будущем есть место для большего количества энергетических материалов, потому что технологии« дематериализуют »остальную часть общества. На самом деле ни дематериализация, ни переработка не могут решить большие затраты на экологически чистую энергию будущего.

Тропа «дематериализации»

В наше цифровое время широко распространено утверждение, что экономика, в которой все больше доминируют услуги, в сочетании с амазонизацией и уберизацией всего означает, что «потребность в ресурсоемком производстве не является неизбежной.[33] Или, как выразился ученый из Массачусетского технологического института Эндрю Макафи: «Практически на протяжении всей истории человечества наше процветание было тесно связано с нашей способностью извлекать ресурсы из земли. . . . Но больше не будет ». [34]

Это правда, что добыча ресурсов – продуктов питания, топлива и полезных ископаемых – составляет лишь незначительную долю общего ВВП Америки; так было уже более века. Однако основополагающие требования для любого из этих ресурсов не уменьшились в абсолютном количестве, равно как и не произошло уменьшения важности надежности и безопасности поставок и цены на эти ресурсы.

Для доказательства того, что общество не дематериализуется каким-либо фундаментальным образом, нам достаточно сравнить два знаковых продукта этого и прошлого века: смартфон и автомобиль. Эти два продукта характеризуют культурный сдвиг и очевидный сдвиг в материальной зависимости. По словам одного из аналитиков, подростки перестали водить машину в торговый центр, чтобы покупать музыкальные кассеты, и стали слушать музыку в цифровом виде [35]. Но цифровой мир не устранил использование автомобилей или удивительное количество минералов и материалов, используемых в первичном производстве всего цифрового.По прогнозам на следующие два десятилетия, мировой спрос на обычные материалы, такие как пластмассы, бумага, железо, алюминий, кремнезем (песок) и кальций (в известняке) для бетона, возрастет на 300%. [36]

Богатые экономики стали более эффективными, а темпы экономического роста опередили более медленный рост общего использования материалов. Но более высокая экономическая эффективность использования материалов замедляет темпы роста – это не фундаментальное отделение материалов от роста. Ежегодно мир потребляет более 100 миллиардов тонн строительных материалов, продуктов питания, топлива и металлических деталей ( Рисунок 2 ).[37] В среднем это составляет более 2 миллионов фунтов на жизнь каждого человека на планете. На данный момент более 85% из них идет на неэнергетические цели.

Тем не менее, это правда, что в конечном итоге – даже если это пройдет через столетие – спрос на повседневные материалы будет снижаться по мере того, как более бедные страны приближаются к уровню насыщения потребления продуктов питания, домов, дорог и зданий на душу населения. [38] Мы очень далеки от такого насыщения: в богатых странах примерно 800 автомобилей на 1000 человек, в то время как в странах, где живут миллиарды более бедных людей, это соотношение приближается к 800 человек на одну машину.[39] По мере роста доли этих автомобилей в электрических, спрос на широкий спектр полезных ископаемых будет расти еще быстрее. [40]

Более того, постоянное открытие новых свойств элементов предъявляет совершенно новые требования к добыче полезных ископаемых. Столетие назад автомобили производились из нескольких материалов: дерева, резины, стекла, железа, меди, ванадия и цинка. Сегодня автомобили строятся из более чем трех десятков нетопливных минералов, включая смесь 16 редкоземельных элементов. Один пример: в 1982 году ученый General Motors использовал редкие свойства неодима для изобретения самого сильного в мире магнита.[41] Такие магниты, в 10 раз более мощные, чем все предыдущие, теперь являются неотъемлемой частью всех видов продукции, включая экологически чистые продукты, такие как ветряные турбины и электромобили.

Сфера услуг стала основным источником занятости к концу 20 века. [42] Большинство анализов и опасений сосредоточено на последствиях этой трансформации для рабочей силы. [43] Тем не менее, все услуги также основаны на использовании промышленных товаров [44].

Нет FedEx без грузовиков и самолетов; не может быть здравоохранения без больниц, аппаратов магнитной визуализации и фармацевтических препаратов; нет Amazon без дата-центров и складов.Удобство совершения покупок в один клик и доставки в течение одного или двух дней за последние полдюжины лет привело к удвоению строительства складских помещений в США и увеличению грузопотока на 50% [45]. Создание Облака начинается с периодической таблицы, от кремния и мышьяка до лития и иттербия. Энергия облака требует использования песка и стали для получения природного газа, заключенного в сланце, а также серебра и селена для получения солнечной энергии.

Рассмотрим важную связь между материалами и услугами, видимую в энергетических тенденциях.С начала цифровой эры, примерно в 1980 году, средняя материалоемкость Америки, измеряемая в общих фунтах на душу населения, а не в общих фунтах, оставалась в основном неизменной [46]. Но реальность того, как энергия используется машинами и для их производства, можно увидеть в тенденции в использовании энергии на одного промышленного рабочего, которая увеличилась одновременно с увеличением доли непромышленной занятости в общей занятости [47]. Фактически, в период внедрения цифровых технологий с 1980 года доля занятых в сфере услуг оставалась неизменной, в то время как энергоемкость среднего работника промышленного сектора увеличивалась ( Рисунок 3 ).Короче говоря, переход к экономике, в которой преобладают услуги, не снижает зависимости от энергии и производных материалов или необходимости надежного доступа к обоим.

Сокращение, повторное использование, переработка: нет выхода из минеральных зависимостей

Мантра «сокращать, повторно использовать и рециркулировать», укоренившаяся в современной культуре, стала характерной чертой практически всех анализов и предложений по политике, направленных на поиск путей снижения потребности в материалах зеленой энергии. Повторное использование, как правило, не имеет значения, поскольку подавляющее большинство всех продуктов в обществе не могут быть повторно использованы, в том числе машины, использующие экологически чистую энергию.Технические и экологические проблемы и, следовательно, затраты на повторное использование, чаще всего выше, чем те, которые связаны с использованием первичного материала.

Уменьшить

Современные политики и предписания «сократить и переработать» были в значительной степени мотивированы целью уменьшить количество мусора, отправляемого на свалки. Так что же станет с быстро растущим числом производимых ветряных / солнечных / аккумуляторных машин? Ответ: почти все они со временем окажутся на свалках.

Как мы уже отмечали ранее, Международное агентство по возобновляемым источникам энергии (IRENA) прогнозирует, что к 2050 году, при текущих планах, солнечный мусор будет вдвое превышать тоннаж всех форм пластиковых отходов в мире. Аналогичные масштабы ожидаются от разряженных аккумуляторов, используемых в электромобилях и электрических сетях. Ежегодный объем мусора батарей в Китае уже оценивается в 500 000 тонн в 2020 году. К 2030 году он превысит 2 миллиона тонн в год [48]. В настоящее время утилизируется менее 5% таких аккумуляторов.[49]

Когда 20 ветряных турбин, составляющих всего лишь одну небольшую ветряную электростанцию ​​мощностью 100 МВт, изнашиваются, вывод из эксплуатации и их уничтожение приведет к образованию в четыре раза большего количества не перерабатываемого пластикового мусора, чем всех (перерабатываемых) пластиковых соломинок в мире вместе взятых. [50] Сегодня в мире установлено в 1000 раз больше ветряных турбин. Если текущие прогнозы Международного энергетического агентства (МЭА) оправдаются, к 2050 году будет более 3 миллионов тонн не перерабатываемых пластиковых турбинных лопаток (, рис. 4 ).

Признавая материалоемкость экологически чистых энергетических технологий, некоторые защитники окружающей среды предполагают, что то, что нам нужно для «настоящего устойчивого будущего, – это такое, в котором большинство людей не будет управлять транспортными средствами» [51]. Предложения по поощрению или принуждению к изменению образа жизни не новы. В будущем они не более эффективны, чем в прошлом.

Инновационные разработки могут привести к небольшому сокращению использования некоторых критических элементов в электродвигателях и магнитах.Но это лишь немного замедляет темпы роста спроса. Это не отменяет того факта, что создание экологически чистых машин стало возможным благодаря использованию свойств многих конкретных элементов. Например: самарий позволяет использовать меньшие и более мощные магниты, которые также намного более стабильны при высоких температурах. Литий, тавтологически, является основным элементом литий-ионной батареи; а медь остается лучшим вариантом для электрических проводников.

Переработка

Для сторонников зеленой энергии идеализированное видение вторичной переработки включает развертывание «экономики замкнутого цикла» в качестве приоритета номер один для устранения материальных последствий чистых технологий.[52] Но идея «зеленой» экономики замкнутого цикла, основанной на цели 100% рециркуляции, является несбыточной мечтой. [53]

Многие материалы, особенно ценные металлы, могут быть переработаны в значительной степени. Но мы можем рассмотреть последствия и уроки для зеленых отходов, посмотрев на 50 миллионов тонн так называемых электронных отходов, образующихся во всем мире из изношенных или устаревших цифровых устройств, которые также построены с использованием многих важных и редких минералов. Тоннаж мировых электронных отходов равен «весу всех когда-либо построенных коммерческих самолетов» и, по прогнозам, удвоится в следующие несколько десятилетий.[54]

Миллионы тонн электронных отходов содержат сотни тонн золота и тысячи тонн серебра (как правило, основная цель переработчиков по очевидным причинам), а также более десятка других элементов. [55] Чтобы увеличить переработку электронных отходов с сегодняшнего уровня 20%, Всемирный экономический форум (среди прочего) предлагает различные меры для повышения «осведомленности» потребителей, добавления новых правил и субсидий, а также стимулирования модернизации оригинальных устройств. По оценкам Форума, эти усилия позволят снизить потребительские расходы на 14% в течение следующих двух десятилетий.[56]

Но по мере того, как масштабы глобальной утилизации растут, многие правительства и некоторые экологические организации начинают уделять внимание серьезным вопросам здоровья и безопасности, которые игнорируются. [57] До сих пор большая часть вторичной переработки электронных отходов, как и многих других отходов, осуществляется в более бедных странах, которые готовы заниматься трудоемкими, в значительной степени нерегулируемыми, а иногда и опасными процессами. Например, из Ганы Европа экспортирует наибольшее количество электронных отходов. [58] Между тем мировая индустрия вторичной переработки все еще приспосабливается к новой реальности: два года назад Китай внезапно запретил ввоз отходов, заявив, что большая их часть «грязная» и «опасная».”[59]

Запрет Китая вынуждает местные правительства и муниципалитеты США сокращать или даже прекращать программы утилизации. [60] Как заметил один отраслевой эксперт из Орегона: «Утилизация здесь как религия. . . . Для людей в Орегоне было важно перерабатывать вторичное сырье, [и] они чувствовали, что делают что-то хорошее для планеты – и теперь им вытаскивают коврик из-под них »[61]. Запрет Китая высветил неотъемлемую часть проблемы с рециркуляцией, особенно с понятием «замкнутой экономики».”

Проблема переработки микроэлементов практически такая же, как и при добыче полезных ископаемых: многое зависит от концентрации. Концентрация полезных минералов в электронных и зеленых отходах очень низкая и часто намного ниже содержания руды этих минералов в горных породах. Кроме того, физическая природа поврежденного оборудования сильно различается (опять же, в отличие от горных пород), что затрудняет поиск простых механизмов для отделения минералов. Процессы переработки часто являются трудоемкими (отсюда и поиск дешевой рабочей силы, а иногда и детским трудом за границей) и опасными, поскольку методы сжигания ненужной упаковки могут выделять токсичные пары.[62]

Если бы «городская добыча полезных ископаемых» – часто используемое выражение для улавливания полезных ископаемых, скрытых в изношенных продуктах, – была бы проще, дешевле и безопаснее, чем добыча новых материалов, их было бы намного больше, и для этого не потребовались бы субсидии и мандаты ввести в действие. Хотя технологии, особенно автоматизация и робототехника, в конечном итоге предоставят более экономически жизнеспособные и более чистые способы переработки, проблемы огромны, а прогресс идет медленно. Это причина того, что общие глобальные уровни чистой переработки и улавливания большинства металлов (для всех целей, а не только электронных и экологически чистых отходов) ниже 20% и намного ниже, чем у всех редкоземельных элементов.[63]

Даже несмотря на то, что Apple отстаивала программы утилизации своих продуктов, включая изобретение робота для разборки iPhone (он умеет только iPhone) 64 и открытие новой лаборатории восстановления материалов в Остине, штат Техас, компания, наряду со многими другими технологическими компаниями, энергично продвигает экологически чистую энергию.65 Но в одной батарее электромобиля, например, столько же кобальта, сколько в 1000 iPhone, столько же пластика в одной ветряной турбине, сколько в 5 миллионах iPhone, и столько же стекла в солнечной батарее, которая может обеспечить питание одного центра обработки данных, как в 50 миллионах iPhone.[66]

Недавнее видение Министерства энергетики США в отношении морского ветра (не говоря уже о береговых ветряных электростанциях) в США приведет к тому, что около 10 тысяч тонн одного только неодима будут «похоронены» внутри более чем 4 миллионов тонн оборудования, которое в конечном итоге будет отправлено на свалки. [ 67] Звучит как большой материал, который стоит восстановить, но он показывает, что концентрация неодима в мусоре составляет одну десятую от естественного содержания руды для этого минерала на руднике. [68] Такие реалии могут привести к удивительному результату: энергия, необходимая для извлечения переработанного минерала, может быть больше, чем затрачивается на ее получение из природной руды.[69]

Это не означает, что вторичная переработка больше не будет иметь большого значения. Но его пределы ясны. Проблемы, связанные с удовлетворением потребностей в мировых полезных ископаемых в будущем, не будут решены путем принятия желаемого за действительное о «экономике замкнутого цикла».

Источники минералов: конфликты и зависимости

Критические и даже жизненно важные роли конкретных минералов долгое время вызывали озабоченность некоторых аналитиков, а также персонажей художественных драм.Один из сюжетов сериала Amazon Jack Ryan вращается вокруг секретной венесуэльской танталовой шахты; в одном из эпизодов сериала Netflix Карточный домик , кризис возникает из-за китайского эмбарго на самарий. [70] Драмы, конечно же, вдохновлены реальными зависимостями и конфликтами из-за ресурсов, местными трудовыми злоупотреблениями и неоправданным ущербом местной окружающей среде.

Сегодня можно проследить прямую линию от медицинского МРТ до гигантских грузовиков в шахтах Бразилии (для ниобия в сверхпроводящих магнитах) [71] или от электромобиля до массивных шахт Баян Обо во Внутренней Монголии (для редкоземельных элементов), и со смартфона на шахты в Демократической Республике Конго (для кобальта в батареях).Каждый из этих регионов представляет собой крупнейшие в мире запасы ниобия, редкоземельных элементов и кобальта соответственно [72]. Политически неспокойная Чили обладает крупнейшими в мире запасами лития, хотя стабильная Австралия – крупнейший в мире поставщик. В другом звене цепочки поставок аккумуляторов китайские переработчики кобальта незаметно получили контроль над более чем 90% переработки кобальта в аккумуляторной промышленности, без которой сырая кобальтовая руда бесполезна [73].

Институт устойчивого будущего при Технологическом университете Сиднея, Австралия, предупреждает, что глобальная золотая лихорадка зеленых минералов для удовлетворения амбициозных планов может привести горняков в «некоторые отдаленные районы дикой природы, [которые] сохранили высокое биоразнообразие, потому что они еще этого не сделали. был обеспокоен.[74] Кроме того, широко известны случаи жестокого обращения и использования детского труда на шахтах в Конго, откуда происходит 70% мирового кобальта. [75]

В конце 2019 года Apple, Google, Tesla, Dell и Microsoft оказались обвиненными в иске, поданном в федеральный суд США, об эксплуатации детского труда в Конго. [76] Подобные связи могут быть связаны с трудовыми злоупотреблениями, связанными с добычей меди, никеля или ниобия по всему миру. [77] Хотя в таких реальных или предполагаемых злоупотреблениях нет ничего нового, новостью является быстрый рост и огромный перспективный спрос на технологические полезные ископаемые и полезные ископаемые.Закон Додда-Франка 2010 года включает требования к отчетности о торговле «конфликтными полезными ископаемыми». В недавнем отчете Счетной палаты правительства (GAO) отмечается, что более тысячи компаний подали заявления о раскрытии конфликтных полезных ископаемых в Комиссию по ценным бумагам и биржам, согласно Додду-Франку [78].

Автопроизводители, производящие электромобили, присоединились к производителям смартфонов в таких обязательствах по «этичному поиску» минералов. [79] Автомобильные аккумуляторы используют гораздо больше «конфликтного» кобальта. [80] Компании могут давать залоги; но, к сожалению, факты показывают, что существует небольшая корреляция между такими обещаниями и частотой (заявленных) злоупотреблений в иностранных рудниках.[81] Помимо моральных вопросов об экспорте, экологических и трудовых проблем при добыче полезных ископаемых, стратегические проблемы цепочек поставок также являются главной проблемой безопасности.

Стратегические зависимости: реанимированы старые проблемы безопасности

Беспокойство цепочки поставок по поводу важнейших минералов во время Первой мировой войны побудило Конгресс создать в 1922 году Совет по боеприпасам армии и флота для планирования закупок поставок, включив в него 42 стратегических и важнейших материала.За этим последовал Закон о стратегических материалах 1939 года. К моменту Второй мировой войны было накоплено около 15 важнейших материалов, шесть из которых были выпущены и использованы во время этой войны. Закон 1939 года пересматривался дважды, в 1965 и 1979 годах, и в 1993 году были внесены поправки, уточняющие, что целью этого закона была только национальная оборона. [82]

Еще в 1990 году США занимали первое место в мире по добыче полезных ископаемых. Сегодня он на седьмом месте. [83] Более актуальным, как отмечает Геологическая служба США (USGS), является стратегическая зависимость от конкретных критически важных полезных ископаемых.В 1954 г. США были на 100% зависимы от импорта восьми минералов. [84] Сегодня США на 100% зависят от импорта 17 минералов и зависят от импорта более 50% из 29 широко используемых минералов. Китай является важным источником половины из этих 29 минералов. [85]

Министерство обороны и Министерство энергетики (DOE) много раз на протяжении десятилетий публиковали отчеты о зависимости важнейших полезных ископаемых. В 2010 году Министерство энергетики опубликовало Стратегию критических материалов; в 2013 году Министерство энергетики сформировало Институт критических материалов, в том же году Национальный научный фонд выступил с инициативой в области критических материалов.[86] В 2018 году Геологическая служба США определила список из 35 полезных ископаемых как критически важных для безопасности нации. [87]

Но десятилетия ломки рук над растущей зависимостью от полезных ископаемых не привели к существенным изменениям во внутренней политике. Правда в том, что зависимость от импорта небольшого количества полезных ископаемых, используемых в жизненно важных военных технологиях, может быть разумно решена путем создания внутренних запасов, решение столь же древнее, как и сама добыча полезных ископаемых. Однако сегодняшнее массовое стремление к экологически чистой энергии на внутреннем и глобальном уровнях не может быть решено с помощью небольших запасов.Возможны варианты – помимо отказа от увеличения количества зеленой энергии – просто принять большую стратегическую зависимость или увеличить внутреннюю добычу. [88]

«Зеленая энергия»: радикальное ускорение стратегических зависимостей

США за последние полвека достигли стратегической энергетической независимости. Это произошло после десятилетий политической, экономической и геополитической обеспокоенности по поводу зависимости от импорта, в частности, природного газа и нефти. Теперь страна производит больше газа, чем потребляет, и, таким образом, является нетто-экспортером; он также обеспечивает 90% чистых потребностей в нефти и, таким образом, является по существу стратегически независимым.Как и в случае с сельскохозяйственной продукцией, где США также являются нетто-экспортером, достижение чистой независимости не устраняет необходимости в импорте или его стоимости как части общей сложной структуры товарных бирж. Но стратегическая «изоляция», а также геополитическая «мягкая сила» проистекают из позиции «доминирования» в товарах, критически важных для национального выживания. [89] Хотя еще предстоит увидеть, какой ущерб будет нанесен внутреннему производству энергии в период посткоронавирусной рецессии, теперь ясно, что страна обладает значительными возможностями в области стратегической добычи углеводородов и экспорта .Учитывая, что 56% всей энергии Америки приходится на нефть и газ, это достижение имеет глубокие стратегические последствия.

С другой стороны, на сегодняшний день только 4% общих внутренних потребностей в энергии обеспечивается ветровыми и солнечными машинами, а батареи обеспечивают менее 0,5% внутренних автомобильных дорог. Около 90% солнечных панелей импортируются. [90] Даже если бы панели были собраны здесь, США производят только 10% мировых поставок критически важного кремниевого материала. Китай производит половину.[91] Что касается ветряных турбин, США импортируют около 80% электрических компонентов (т. Е. Исключая стекловолокно и сталь). [92] И хотя Tesla (на которую приходится почти 80% всех продаж электромобилей на внутреннем рынке) [93] производит продукцию внутри страны, практически все важнейшие полезные ископаемые происходят из-за границы.

Таким образом, любое значительное увеличение крошечной доли экологически чистых машин в внутренней энергии радикально увеличит импорт либо этих машин, либо полезных ископаемых зеленой энергии, либо того и другого. Объемы импорта будут беспрецедентными.

Стратегические последствия использования экологически чистых источников энергии не ускользнули от внимания в Европе. Анализ, проведенный Гаагским центром стратегических исследований, резюмировал «аспект безопасности» стремления мира продвигать возобновляемые источники энергии. Анализ указывает на три очевидных макроэкономических тренда:

  • Страны-производители полезных ископаемых будут набирать силу.
  • Регионы с «большими неизведанными запасами полезных ископаемых» приобретут стратегическое значение.
  • «Серьезность международных отношений сместится в сторону стран, обладающих технологиями использования возобновляемых источников энергии и техническими ноу-хау в области полезных ископаемых для возобновляемых источников энергии».”

Гаага сухо отмечает, что «страны, зависящие от импорта, могут использовать военный потенциал для защиты минеральных ресурсов». [94]

Как следствие, похоже, что Европа могла бы принять политику, направленную на поощрение увеличения объемов внутренней добычи полезных ископаемых, идея, которая казалась столь же маловероятной несколько лет назад, как возможность ЕС поощрять бурение на нефть и природный газ. Но это именно то, что предлагается при «переоснащении» промышленной политики ЕС [95]. Ссылаясь на стратегические и экономические факторы, некоторые политики ЕС предлагают расширить местную добычу и переработку для удовлетворения минеральных потребностей зеленой энергии.Потенциальные горнодобывающие проекты были определены в 10 странах ЕС, включая редкоземельные элементы в Норвегии, кобальт в Финляндии и литий в Испании и Португалии. Это немалая ирония в том, что по мере того, как Европейский инвестиционный банк проводит политику по прекращению кредитования предприятий, занимающихся ископаемым топливом, [96] он реализует политику по кредитованию горнодобывающих проектов [97].

Еще неизвестно, как новообретенные горнодобывающие амбиции Европы будут встречены защитниками окружающей среды и различными зелеными партиями континента, учитывая их враждебное отношение к добывающей промышленности в целом.Незадолго до глобальной пандемии коронавируса начали вспыхивать протесты из-за планов относительно новых европейских рудников [98], в ответ на которые отрасли раздули пиар-кампанию, пытаясь управлять «неблагоприятным статусом добычи полезных ископаемых» [99]

.

В любом случае экологи по обе стороны Атлантики продолжают настаивать на расширении зеленой энергетики. [100] Как все это будет развиваться в мире после коронавируса, также еще предстоит увидеть. Но независимо от того, будет ли политика зеленой энергетики ускоряться или замедляться, уже существующие значительные зависимости от полезных ископаемых не изменятся, если только U.С. учится любить или, по крайней мере, мириться с горнодобывающей промышленностью.

Политика безопасности цепочки поставок энергетических материалов: Dig More

Исследования, проводимые в течение нескольких десятилетий, слушания в Конгрессе и анализ политики – все указали на одни и те же два факта. [101] Во-первых, территории Соединенных Штатов содержат огромные запасы полезных ископаемых на сумму в триллионы долларов, включая все минералы, имеющие отношение к машинам, использующим экологически чистую энергию, не говоря уже о тех, которые имеют решающее значение для компьютеров и вооруженных сил.[102] Во-вторых, доля Америки во внутренних и мировых запасах полезных ископаемых продолжает сокращаться.

Точно так же десятилетия предложений, восходящих к Закону о стратегических материалах 1939 года, все предлагали список действий, которые каждый раз по сути идентичны. И все они сделали один центральный и очевидный вывод: основным средством уменьшения зависимости от импорта является увеличение добычи внутри страны. [103] Как указали Национальные академии наук в отчете о горнодобывающей промышленности за 1999 год: «Отсутствие своевременного, последовательного сотрудничества и участия всех федеральных, государственных и местных агентств, вовлеченных в процесс NEPA, приводит к чрезмерным затратам, задержкам и неэффективности.”[104]

В США один из самых длительных процессов выдачи разрешений в мире; инвесторы должны пройти через лабиринт десятков федеральных, государственных и местных правил. [105] Для ввода в эксплуатацию одного нового рудника может потребоваться от одного до трех десятилетий.106 Это сопоставимо с процессом выдачи разрешений, который обычно занимает около двух лет в Канаде и Австралии. [107] (В последнее время выдача разрешений в этих странах стала более сложной.) [108] США вместе с Европой проложили себе путь к гораздо большей зависимости от импорта.[109] Менее 10% мировых расходов на разведку полезных ископаемых приходится на землю США. [110]

В то же время политики и президенты США на протяжении многих лет радикально ограничили доступ к федеральным землям для разведки полезных ископаемых, не говоря уже о разработке. В западных штатах, где федеральное правительство контролирует почти 90% общей площади [111], почти половина этой территории закрыта для добычи полезных ископаемых. [112] Кроме того, в 1996 году Конгресс закрыл центр горнодобывающей промышленности Америки – Горное бюро, уволив большую часть персонала и распределив оставшихся между различными агентствами.[113]

В прошлом году администрация Трампа предложила увеличить добычу внутри страны. [114] В отчете Министерства торговли за 2019 год содержится более 60 рекомендаций; по сути, все они перекликаются и почти идентичны тем, которые были сделаны в предыдущих аналогичных отчетах как демократических, так и республиканских администраций [115]. У нас есть десятилетия почти идентичных призывов к действию. [116] Все это сводится к одной важной директиве: реструктурировать нормативно-правовую базу, чтобы инвесторы могли открывать и управлять местными шахтами.Сегодня есть одно другое: цифровая революция открывает значительные и даже радикально новые возможности для более рентабельной и экологически безопасной добычи и производства полезных ископаемых.

Значительный прогресс все еще возможен в фундаментальных науках о материалах и химии [117], в том числе в методах сокращения использования опасных химикатов, необходимых для очистки минералов и переработки. [118] Но, как и в промышленном секторе в целом, именно в области программного обеспечения будут обнаружены одни из самых больших достижений в производительности и безопасности.[119] Программное обеспечение и цифровые технологии наконец-то в достаточной степени улучшились, чтобы начать приносить прибыль в «жестких» отраслях, таких как горнодобывающая промышленность и производство, как в «мягких» отраслях, таких как новости и развлечения. [120] Например, в шахтах только начали использовать автоматические буровые установки и грузовики. [121]

Некоторые бесстрашные предприниматели продолжают продвигать развитие горнодобывающей промышленности в США, от огромного потенциала для добычи меди, золота и молибдена на Аляске [122] до месторождения редкоземельных металлов в Раунд-Топ, штат Техас, [123] и (также в Техасе) первый за пределами Китая завод по переработке редкоземельных руд.[124] Последнее, совместное предприятие австралийских, японских и американских компаний, планировалось начать в 2021 году. [125]

Но это знамение времени – и иллюстрация того, что защитники зеленых не сумели связать точки с реальностью – когда оно было представлено в прошлом году, предложение администрации о расширении добычи полезных ископаемых внутри страны было встречено партизанской критикой как «постыдное» и вредное. в окружающую среду. [126] Но, призывая к таким вещам, как накопление запасов (особенно для национальной обороны), больший доступ к федеральным землям, финансовая поддержка и ускоренное получение разрешений, сегодняшняя администрация следует тем же предложениям, которые неоднократно выдвигались предыдущими администрациями обеих политических партий на протяжении многих десятилетий.

Действительно, призыв администрации к действию очень напоминает закон, принятый 40 лет назад на двухпартийной основе и подписанный президентом Картером. В этом законе, в Законе о национальной политике в области материалов и полезных ископаемых, исследованиях и разработках 1980 года, конкретно содержится призыв к равным усилиям по добыче полезных ископаемых и охране окружающей среды [127].

Чтобы обеспечить мотивацию и опыт, необходимые для реанимации отечественной горнодобывающей промышленности – действие, которое принесет выгоду всем отраслям, зависящим от полезных ископаемых, – Конгрессу следует обновить закон о горной добыче 1980 года.И новое законодательство должно, в частности, включать планы:

  • Возродите Горное бюро, чтобы предоставить центр экспертных знаний, которые в настоящее время отсутствуют и которые необходимы для предоставления исчерпывающих и независимых знаний в области горнодобывающих технологий.

  • Непосредственно увязывайте все субсидии и предписания для зеленой энергетики с политикой, поддерживающей расширение отечественной добычи и переработки полезных ископаемых.

Даже без субсидий, мандатов и политики, благоприятствующей «зеленой» энергии, в будущем как для Америки, так и для остального мира будет гораздо больше ветряных и солнечных ферм и гораздо больше электромобилей.Это произойдет именно потому, что эти технологии стали достаточно зрелыми, чтобы играть важную роль. И учитывая масштабы сдерживаемого глобального спроса на энергоносители и энергопотребляющие машины и услуги – особенно после того, как мир пытается выйти из рецессии – это правда, а не лозунг, что миру понадобится «все вышеперечисленное» в энергоснабжение.

Эти реалии в сочетании с неизменной реальностью того, что «зеленые» машины требуют огромного количества энергетических минералов, возможно, могут образовать общее пересечение интересов, поддерживающее расширение отечественной добычи полезных ископаемых.В конце концов, это было бы стратегической и экономической выгодой для Соединенных Штатов, независимо от дебатов о том, является ли зеленая энергия заменой углеводородов, чем они не являются, или значительным новым и ценным энергетическим сектором, которым она, несомненно, является .

Сноски

См. Сноски в PDF

Аккумулятор, возвращающийся на Землю | Июнь 2020

июнь 2020

Батарея, возвращающаяся на Землю

Образец АККУМУЛЯТОРА ДЛЯ ВОЗВРАТА НА ЗЕМЛЮ (длина c.25 мм)

Японская телекоммуникационная компания разработала универсальную батарею для устройств мониторинга окружающей среды, которая не оказывает воздействия на живые организмы, оставленные на природе.

Интернет вещей (IoT), в котором различные электронные устройства, встроенные в социальную инфраструктуру, промышленные системы и природную среду, соединяются по сетям без вмешательства человека, делает нашу жизнь более удобной и безопасной. В Японии, например, беспроводные датчики широко устанавливаются в горных и холмистых районах, так что потенциальные оползни от тайфунов и сильных дождей можно отслеживать удаленно на экране, а не на месте.Биологическое ведение журнала, при котором дикие животные помечаются датчиками для отслеживания и сохранения, является еще одним примером использования Интернета вещей в естественной среде.

Однако, когда наступила эпоха триллиона датчиков, возникла обеспокоенность по поводу их воздействия на окружающую среду, поскольку батареи, используемые в небольших датчиках, и другие материалы, из которых состоят схемы, имеют ограниченный срок службы или полезность, и это невозможно. чтобы получить или утилизировать их все.

Для решения этой проблемы Nippon Telegraph and Telephone Corporation (NTT) разработала батарею, которая не оказывает никакого воздействия на почву или живые организмы, когда ее бросают на природе.

NTT объявила о разработке АККУМУЛЯТОРА ДЛЯ ВОЗВРАТА НА ЗЕМЛЮ в феврале 2018 года и с тех пор работает над улучшением ее характеристик. Экологически чистая батарея RTTE способна генерировать напряжение элемента 1,1 В при измеренном токе 1,9 мА / см 2 , которого достаточно при последовательном подключении для передачи сигнала от модуля датчика температуры. Кроме того, были проведены испытания, основанные на Законе о сертификации удобрений, которые подтвердили, что, в отличие от обычных батарей, батарея RTTE не оказывает отрицательного воздействия на рост растений.

Исследователь Нохара Масая из NTT Device Technology Laboratories говорит: «По оценкам, в будущем в естественном мире будет разбросано все большее количество датчиков, поскольку мы стремимся к созданию общества Интернета вещей. Однако мы не можем собрать и повторно использовать все эти датчики. Например, невозможно собрать все датчики, которые были прикреплены к перелетным птицам в поисках пути заражения птичьим гриппом. Целью разработки батареи [RTTE] было уберечь эти батареи, которые невозможно собрать, от негативного воздействия на окружающую среду.”

Обычные сухие батареи обычно состоят из анодов из цинкового сплава, катодов из диоксида марганца и сильно щелочного электролита. Лаборатории NTT Device Technology заменили эти компоненты удобрениями для анодов и электролита, а также углеродом растительного происхождения для катодов.

По словам Нохара, самая большая борьба в разработке была с материалами для катодов. При традиционной технологии для отверждения порошкообразного углерода используются смолы на основе фтора и другие связующие вещества, но эти связующие вещества не встречаются в почве, и они могут выделять токсичный газ при сгорании.Из-за этого к биологическим материалам была применена специальная предварительная обработка, которая решила проблему за счет разработки электродов, в которых не используются связующие вещества, и привела к успеху в разработке небольшой экологически чистой батареи.

«В моем отделе мы изначально разработали высокофункциональные аккумуляторные батареи для сотовых телефонов», – объясняет Нохара. «Мы взяли многие технологии и наши знания из этой работы и применили их к экологически чистым батареям».

NTT много лет занималась разработкой полупроводников и схем для связи, а также провела исследования других датчиков и устройств, которые могут возвращаться на землю, помимо батареи RTTE.Возлагаются большие надежды на создание общества Интернета вещей, которое также заботится о снижении своего воздействия на природную среду, в частности, с учетом ожидаемого быстрого увеличения использования широко разбросанных датчиков для мер по смягчению последствий стихийных бедствий.



Автор SASAKI TAKASHI / Фотографии и рисунки: любезно предоставлены NTT Device Technology Laboratories

Добыча кобальта для литий-ионных батарей требует высоких человеческих затрат

Отслеживание пути от смертоносных шахт, выкопанных вручную в Конго, до телефонов и ноутбуков потребителей

Солнце вставало над одним из богатейших месторождений полезных ископаемых на Земле, в одной из беднейших стран, когда Сидики Маямба готовился к работе.

Mayamba – добытчик кобальта. И саванна из красной грязи, простирающаяся за его дверью, содержит такое удивительное богатство кобальта и других минералов, что геолог однажды назвал это «scandale geologique».

Этот удаленный ландшафт на юге Африки лежит в центре безумной мировой борьбы за дешевый кобальт, минерал, необходимый для перезаряжаемых литий-ионных батарей, питающих смартфоны, ноутбуки и электромобили, производимые такими компаниями, как Apple, Samsung и крупными автопроизводителями.

Но 35-летний Маямба ничего не знал о своей роли в этой разветвленной глобальной цепочке поставок. Он схватил свою металлическую лопату и сломанный молоток из угла комнаты, которую он делит с женой и ребенком. Он надел запыленную куртку. Гордый человек, он любит носить рубашку с пуговицами даже на мою. И он планировал добывать вручную весь день и всю ночь. Он спал в подземных туннелях. Никаких промышленных инструментов. Даже каски.Риск обрушения постоянный.

«У вас есть деньги на муку сегодня?» – спросил он жену.

Она сделала. Но теперь в дверях стоял коллектор. Семья задолжала за соль. Муки придется подождать.

Маямба пытался успокоить жену. Он попрощался со своим сыном. Затем он перекинул лопату через плечо. Было время.

Растущий мировой спрос на кобальт иногда удовлетворяется рабочими, в том числе детьми, которые работают в тяжелых и опасных условиях.По оценкам рабочих, правительственных чиновников и свидетельствам, обнаруженным The Washington Post во время посещения удаленных шахт, около 100 000 горняков кобальта в Конго используют ручные инструменты, чтобы копать сотни футов под землей без надзора и с небольшими мерами безопасности. Смертельные случаи и травмы – обычное дело. Кроме того, горнодобывающая деятельность подвергает местные сообщества воздействию токсичных металлов, которые, по-видимому, связаны с заболеваниями, включая проблемы с дыханием и врожденные дефекты, заявляют представители здравоохранения.

«Крёзер», или землерой, пробирается через кобальтово-медный рудник в Каваме, Конго, в июне.

The Post проследила этот кобальтовый трубопровод и впервые показала, как кобальт, добытый в этих суровых условиях, попадает в популярные потребительские товары. Он переходит от небольших конголезских рудников к единой китайской компании – Congo DongFang International Mining, входящей в состав одного из крупнейших мировых производителей кобальта Zhejiang Huayou Cobalt, – которая в течение многих лет поставляла продукцию некоторым крупнейшим в мире производителям аккумуляторов. Они, в свою очередь, произвели аккумуляторы, которые используются в таких продуктах, как iPhone от Apple – открытие, которое ставит под сомнение утверждения корпораций о том, что они способны контролировать свои цепочки поставок на предмет нарушений прав человека или детского труда.

Apple, отвечая на вопросы The Post, признала, что этот кобальт попал в ее батареи. Технологический гигант из Купертино, штат Калифорния, заявил, что примерно 20 процентов кобальта, который он использует, поступает из Huayou Cobalt. Паула Пайерс, старший директор Apple, отвечающая за социальную ответственность цепочки поставок, сказала, что компания планирует усилить контроль над тем, как добывается весь кобальт. Пайерс также сказал, что Apple стремится работать с Huayou Cobalt над очисткой цепочки поставок и решением основных проблем, таких как крайняя бедность, которая приводит к тяжелым условиям труда и детскому труду.

Другой клиент Huayou, LG Chem, один из ведущих мировых производителей аккумуляторов, сообщил The Post, что прекратил покупать минералы из Конго в конце прошлого года. Samsung SDI, еще один крупный производитель аккумуляторов, заявил, что проводит внутреннее расследование, но «насколько нам известно», хотя компания использует кобальт, добытый в Конго, он не из Хуаю.

Немногие компании регулярно отслеживают, откуда происходит их кобальт. The Post обнаружила, что идти по пути от рудника к готовому продукту сложно, но возможно.Вооруженная охрана блокирует доступ ко многим шахтам Конго. Затем кобальт проходит через несколько компаний и преодолевает тысячи миль.

Тем не менее, 60 процентов мирового кобальта происходит из Конго – хаотической страны, изобилующей коррупцией и долгой историей иностранной эксплуатации своих природных ресурсов. Столетие назад компании грабили резиновый сок Конго и слоновьи бивни, когда страна была бельгийской колонией. Сегодня, спустя более пяти десятилетий после обретения Конго независимости, иностранные компании привлекают полезные ископаемые.

Некоторые из этих минералов подверглись тщательной проверке. Закон США 2010 года требует, чтобы американские компании пытались проверить, что любое используемое ими олово, вольфрам, тантал и золото добыто из шахт, находящихся под контролем милиции, в регионе Конго. В результате появилась система, которая, как многие считают, предотвращает нарушения прав человека. Некоторые говорят, что кобальт следует добавить в список конфликтных минералов, даже если считается, что кобальтовые рудники не финансируют войну. Apple сообщила The Post, что теперь поддерживает включение кобальта в закон.

Торговля кобальтом Конго уже почти десять лет является объектом критики, в основном со стороны правозащитных групп. Даже торговые группы США признали наличие проблемы. Гражданская коалиция электронной промышленности, в состав которой входят такие компании, как Apple, в 2010 году выразила озабоченность по поводу возможности нарушения прав человека при добыче полезных ископаемых, включая кобальт, и трудностей с отслеживанием цепочек поставок. Министерство труда США называет конголезский кобальт продуктом, который, по его мнению, производится с помощью детского труда.

Обеспокоенность по поводу того, как добывают кобальт, «то и дело всплывает на первый план», – сказал Гай Дарби, опытный аналитик по кобальту из Darton Commodities в Лондоне. «И это встречается с частым бормотанием, покачиванием головой и бормотанием – и снова уходит».

В прошлом году голландская правозащитная группа под названием Центр исследований транснациональных корпораций, известная как SOMO, и Amnesty International опубликовали отчеты о нарушениях, включая насильственное переселение деревень и загрязнение воды.Отчет Amnesty, в котором Конго Дунфанг обвиняется в покупке материалов, добытых детьми, побудил новую волну компаний пообещать, что их кобальтовые связи проверяются.

Но проблемы оставались совершенно очевидными, когда этим летом журналисты Post посетили горнодобывающие предприятия в Конго.

Копатель Сидики Маямба (слева) надевает обувь в комнате, которую он делит с женой Иветт Муджомбо Тшатела и их двухлетним сыном Гарольдом Мухия Мвеху, в Колвези, Конго, в июне.«Крёзеры», или землекопы, работают на руднике в Каваме. Добываемый кобальт продается китайской компании Congo DongFang Mining. Мужчина толкает велосипед, нагруженный древесным углем, который используется для приготовления пищи и отопления, мимо Мусомпо, минерального рынка недалеко от Колвези. Мальчик несет сумку для перевозки кобальтовой грязи и камней на рынке Мусомпо.

В сентябре Чен Хунлян, президент компании Congo DongFang, Huayou Cobalt, сказал The Post, что его компания никогда не задавалась вопросом, как добывались ее полезные ископаемые, несмотря на то, что в течение десяти лет работала в Конго и таких городах, как Колвези.

«Это наш недостаток», – сказал Чен в интервью в Сиэтле в своих первых публичных комментариях по этой теме. «Мы не осознавали».

Чен сказал, что Huayou планировала изменить способ покупки кобальта, наняла стороннюю компанию для наблюдения за процессом и работает с такими клиентами, как Apple, над созданием системы предотвращения злоупотреблений.

Но то, как такие серьезные проблемы могут сохраняться так долго – несмотря на частые предупреждающие знаки – показывает, что может случиться в трудно поддающихся расшифровке цепочках поставок, когда они в основном не регулируются, низкие цены имеют первостепенное значение, а проблемы возникают в отдаленной, неспокойной части страны. мир.

На самом деле, небольшой кусочек кобальта Колвези может быть внутри смартфона, который вы можете использовать для чтения этой статьи прямо сейчас.

На самом деле, внутри вы можете использовать небольшой кусочек кобальта, чтобы прочитать эту историю прямо сейчас.

Количество кобальта в различных устройствах

Смартфон

от 5 до 10 граммов

(от 2 до 4 пенни)

Ноутбук

1 унция

(кусок хлеба)

Типичный электромобиль

от 10 до 20 фунтов

(от 2 до 3 галлонов молока)

Литий-ионные батареи должны были отличаться от грязных, токсичных технологий прошлого.Эти богатые кобальтом батареи легче и содержат больше энергии, чем обычные свинцово-кислотные батареи, поэтому считаются «зелеными». Они необходимы для того, чтобы в один прекрасный день выйти за рамки изрыгающих смог бензиновых двигателей. Эти батареи уже определили мировые технические устройства.

Смартфоны без них не поместятся в карманах. Ноутбуки не поместятся на ноутбуках. Электромобили были бы непрактичными. Во многих отношениях нынешняя золотая лихорадка Кремниевой долины – от мобильных устройств до автомобилей без водителя – основана на силе литий-ионных батарей.

Но это требует исключительной стоимости.

«Это правда, в этих шахтах есть дети», – сказал в интервью губернатор провинции Ричард Муйедж, высокопоставленный правительственный чиновник в Колвези. Он также признал проблемы со смертельным исходом и загрязнением в результате добычи полезных ископаемых.

Но, по его словам, его правительство слишком бедно, чтобы решать эти проблемы в одиночку.

«Правительство не нищий», – сказал Муедж. «Эти компании обязаны создавать богатство в том районе, где они работают.”

Компании вряд ли покинут Конго по простой причине: миру нужно то, что есть в Конго.

Чен сказал, что он ожидает, что споры вокруг того, как добывают кобальт в Конго, распространятся далеко за пределы Huayou Cobalt.

«Этот выпуск, я считаю, не единственный», – сказал он. «Мы считаем, что многие компании находятся в аналогичных ситуациях, как мы».

«Легкие Конго»

Наихудшие условия сказываются на «кустарных» горняках Конго – слишком странное название для бедных рабочих, которые добывают без пневматических буровых установок или дизельных драглайнов.

Эта неформальная армия – крупный бизнес, на который, по оценкам, приходится от 10 до 25 процентов мирового производства кобальта и от 17 до 40 процентов производства в Конго. Только кустарные горняки производят больше кобальта, чем любая другая страна, кроме Конго, уступая только промышленным рудникам Конго.

Промышленность должна быть благом для страны, которую Организация Объединенных Наций относит к наименее развитым. Но так не вышло.

«Мы сталкиваемся с парадоксом того, что у нас так много природных богатств, но население очень бедно», – сказал Муедж.

Около 90 процентов китайского кобальта происходит из Конго, где китайские компании доминируют в горнодобывающей промышленности.

Кобальт начинает свой путь в шахте, такой как Тилвезембе, бывшая промышленная площадка, превращенная в кустарный цех на окраине Колвези, где сотни людей прочесывают землю ручными инструментами.

Эти люди называют себя «creuseurs», что по-французски означает «землекопы». Они трудятся в десятках ям на лунном дне шахты. Туннели вырыты вручную и зарыты глубоко под землю, освещенные только игрушечными пластиковыми лампами, привязанными к головам шахтеров.

Во время июньского визита сцена выглядела доиндустриальной. Десятки землекопов работали, но единственным звуком был случайный приглушенный звон металла о камень.

«Мы страдаем, – сказал 29-летний землекоп, Натан Муйамба. – И за что мы страдаем?»

«La fleur du cobalt»

У диггеров

нет горных карт или разведочных буровых установок.

Вместо этого они полагаются на интуицию.

«Вы путешествуете с верой, полагая, что однажды вы сможете найти хорошую продукцию», – сказал 49-летний землекоп Андре Кабвита.

Природа считается одним проводником. Желтые полевые цветы считаются признаком меди. Растение с крошечными зелеными цветками носит красноречивое название «la fleur du cobalt».

Имея несколько официальных участков, которые могли бы заявить о себе, старатели-кустарники копают везде, где могут. По дорогам. Под железнодорожными путями. Во дворах. Когда несколько лет назад в густонаселенном районе Касуло было обнаружено крупное месторождение кобальта, копатели прокладывали туннели прямо через земляные полы своих домов, создавая лабиринт подземных пещер.

Другие землекопы дожидаются наступления темноты, чтобы вторгнуться в землю, принадлежащую частным горнодобывающим компаниям, что приводит к смертельным столкновениям с охранниками и полицией.

Землекопы в отчаянии, – сказал Папи Нсенга, землекоп и президент профсоюза начинающих землекопов.

Плата зависит от того, что они находят. Ни минералов, ни денег. И деньги скудные – от 2 до 3 долларов в хороший день, сказал Нсенга.

Диггеры собираются на кобальтовой шахте Тилвезембе недалеко от Колвези. Майнеры зарабатывают в среднем от 2 до 3 долларов в день.Пригоршня кобальтовой грязи хранится на минеральном рынке Мусомпо, где землекопы продают свой кобальт в небольших магазинах, известных как «конторы».

«Мы не должны так жить», – сказал он.

А когда случаются аварии, землекопы действуют сами по себе.

В прошлом году, после того как одному землекопу сломали ногу, а другому ранили голову в результате обрушения шахты, Нсенга был вынужден собрать сотни долларов на лечение у других землекопов. Компании, покупающие полезные ископаемые, редко помогают, говорят Нсенга и другие землекопы.

Смерти тоже случаются регулярно, говорят диггеры. Но только массовые жертвы, похоже, отфильтровываются скудными местными СМИ, такими как финансируемое ООН Радио Окапи. Тринадцать горняков кобальта погибли в сентябре 2015 года, когда в Мабайе, недалеко от границы с Замбией, обрушился грунтовый туннель. Два года назад 16 землекопов погибли в результате оползней в Каваме, а несколько месяцев спустя погибли 15 землекопов в результате подземного пожара в Колвези.

В Колвези провинциальный горный инспектор, разочарованный недавней серией несчастных случаев, согласился поговорить с The Post при условии, что он не будет идентифицирован, потому что ему не разрешили общаться со СМИ.

Он встретил журналистов в микроавтобусе – прыгнул внутрь, закрыл дверь и сел посередине, подальше от тонированных окон, чтобы никто на улице не мог его увидеть.

В то утро, по его словам, он помог спасти четырех горняков-кустарей, которые чуть не задохнулись от дыма от подземного пожара в Колвези. По его словам, накануне двое мужчин погибли в результате обрушения шахтного туннеля.

Он сказал, что лично вытащил 36 тел из местных кустарных шахт за последние несколько лет.The Post не смог независимо проверить его утверждения, но они повторили рассказы землекопов о частоте несчастных случаев на шахтах.

Инспектор обвинил такие компании, как Congo DongFang, которые покупают кустарный кобальт и отправляют его за границу.

«Им все равно, – сказал он. «Для них, если вы принесете им минералы, и вы заболели или ранены, им все равно».

Congo DongFang ответила, что она ошибочно предположила, что эти проблемы касаются ее торговых партнеров, которые покупают кобальт у горняков и передают его горнодобывающей компании.

Детский труд

Никто точно не знает, сколько детей работает в горнодобывающей промышленности Конго. По оценкам ЮНИСЕФ в 2012 году, на юге страны так поступают 40 000 мальчиков и девочек. Исследование 2007 года, финансируемое Агентством международного развития США, показало, что только в Колвези на горнодобывающих предприятиях работали 4000 детей.

Представители местных органов власти говорят, что у них нет ресурсов для решения этой проблемы.

«У нас большая проблема с детьми, потому что их трудно вывести из шахт, когда нет школ, в которые они могли бы пойти», – сказал Муедж, губернатор провинции.«Мы должны найти решение для этого».

Хотя официальные лица и землекопы признают проблему детского труда, это остается деликатной темой. Дети работают не только в подземных шахтах в нарушение горного кодекса Конго, но и на периферии торговли кобальтом.

Охранники не позволяли журналистам Post посещать районы, где, по словам местных землекопов, часто работают дети. В какой-то момент The Post увидел мальчика в красной толстовке, изо всех сил пытающегося нести наполовину полный мешок минеральных камней.Другой мальчик в черной футболке подбежал на помощь. Кабвита, землекоп, наблюдала за ними.

«Их всего 10 или 12 лет», – сказал он.

The Post также подарила iPhone землекопу, чтобы он запечатлел на видео, как женщины и дети вместе стирают кобальтовую руду.

Один из этих детей – Дельфин Мутела, тихий мальчик, который выглядит моложе своих 13 лет.

Когда ему было около 8 лет, его мать начала брать с собой Дельфина в поездки на реку, чтобы очистить кобальтовые руды. Мытье минералов – популярное занятие среди женщин.Сначала Дельфину было поручено присматривать за своими братьями и сестрами.

Но он научился различать рыхлые частицы минерала, упавшие в воду во время стирки.

Медь имела оттенок зеленого.

Кобальт был похож на темный шоколад.

Если он сможет собрать достаточно битов, ему заплатят, может быть, 1 доллар.

«Деньги, которые я получаю, я использую для покупки тетрадей и, таким образом, я могу оплачивать обучение в школе», – сказал Дельфин.

Его мать, Омба Кабвиза, сказала, что это нормально.

«Там много детей», – сказала она. “Вот так и живем.”

Стремительно растущий спрос

Кобальт – самое дорогое сырье для литий-ионной батареи.

Это уже давно является проблемой для крупных поставщиков аккумуляторов и их клиентов, производителей компьютеров и автомобилей. Инженеры годами пытались создать батареи без кобальта. Но минерал, наиболее известный как синий пигмент, обладает уникальной способностью повышать производительность аккумулятора.

Цена на очищенный кобальт в прошлом году колебалась от 20 000 до 26 000 долларов за тонну.

Видео: Как работают литий-ионные аккумуляторы
Литий-ионные батареи

работают так же, как и другие батареи: есть положительный электрод и отрицательный электрод, а электроны перемещаются от одного конца к другому, создавая заряд. Разница в материалах внутри, которые делают их легче, долговечнее и заряжаемыми.

Посмотреть видео

По данным Benchmark Mineral Intelligence, во всем мире спрос на кобальт со стороны сектора аккумуляторных батарей утроился за последние пять лет и, по прогнозам, снова удвоится к 2020 году.

Это увеличение произошло в основном за счет электромобилей. Каждый крупный автопроизводитель спешит вывести на рынок свой автомобиль с батарейным питанием. Завод Tesla по производству аккумуляторов стоимостью 5 миллиардов долларов в Неваде, известный как Gigafactory, наращивает производство. Daimler планирует в ближайшее время открыть второй завод по производству аккумуляторных батарей в Германии. LG Chem производит аккумуляторы для General Motors на заводе в Голландии, штат Мичиган. Китайская компания BYD работает над новыми огромными заводами по производству аккумуляторов в Китае и Бразилии.

В то время как батарея смартфона может содержать от пяти до 10 граммов очищенного кобальта, одна батарея электромобиля может содержать до 15000 граммов.

По мере роста спроса возрастает и значение кустарного кобальта на мировых рынках. «Два года назад это стало ясно для всех в мире аккумуляторных батарей», – сказал Курт Вандепутт, вице-президент подразделения материалов для аккумуляторных батарей бельгийской компании Umicore, одного из крупнейших в мире переработчиков кобальта.

Ожидается, что к 2025 году спрос на кобальт в литий-ионных аккумуляторах удвоится.

Источник: Кристоф Пилло, Avicenne Energy

Цена на кобальт падала, несмотря на то, что спрос на батареи резко вырос.Цена на литий, еще один ключевой материал для аккумуляторов, стремительно росла.

«Стало так ясно, что кустарная добыча занимает важное место в цепочке поставок», – сказал Вандепутте, добавив, что Umicore покупает только на промышленных рудниках, включая рудники в Конго.

Кобальт, добываемый кустарным способом, обычно дешевле, чем продукция промышленных шахт. Компаниям не нужно платить зарплату шахтерам или финансировать работу крупной шахты.

В условиях наводнения рынка дешевым кобальтом некоторые международные трейдеры расторгли контракты на промышленные руды, отдав предпочтение кустарным рудам.

«Все знали, что что-то происходит», – сказал Кристоф Пилло, консультант по аккумуляторным батареям компании Avicenne Energy во Франции.

В то же время компании сталкиваются с растущим вниманием к своим цепочкам поставок.

Потребители требуют ответственности; компании отвечают обещаниями «этичного поиска поставщиков» и «комплексной проверки цепочки поставок».

Один из результатов такой тщательной проверки можно найти в Конго.

В 2010 году Соединенные Штаты приняли закон о конфликтных полезных ископаемых, чтобы остановить поток денег кровожадным ополченцам Конго, сосредоточив внимание на кустарной добыче четырех полезных ископаемых.

Но такого же усердия не требуется, когда дело касается кобальта.

Дети собираются вдоль главной дороги, соединяющей Колвези и Лубумбаши. Диггеры ждут оплаты на кобальтовой шахте Тилвезембе. Цены указаны в зависимости от веса и содержания на табличке из мешковины. Землекоп готовится войти в шахту в Каваме. Жители обедневшей Кавамы стоят возле своих домов. Условия жизни шахтеров и их семей тяжелые, нет электричества и водопровода.

Хотя добыча кобальта не считается финансированием войн, многие активисты и некоторые отраслевые аналитики говорят, что добытчики кобальта могут получить выгоду от защиты закона от эксплуатации и нарушений прав человека. Закон вынуждает компании пытаться отслеживать свои цепочки поставок и открывает весь путь для проверки независимыми аудиторами.

Но хотя Конго является второстепенным поставщиком четырех указанных конфликтных минералов, мир зависит от Конго в отношении кобальта.

Аналитик

Саймон Мур из Benchmark сказал, что, по его мнению, это одна из причин, по которой кобальт до сих пор исключен.

Любой обрыв в цепочке поставок кобальта опустошит компании.

«Мы продаем это китайцам»

Для большинства горняков-кустарей в Колвези глобальная цепочка поставок начинается на рынке под названием Мусомпо.

Примерно 70 маленьких магазинчиков, известных как «конторы», расположены бок о бок вдоль шоссе, ведущего к границе. На цементных стенах написаны названия магазинов: Maison Saha, Depot Grand Tony, Depot Sarah. В каждом магазине есть рукописная доска с указанием текущих ставок на кобальт и медь.

В магазине под названием «Луи 14» прайс-лист предлагал эквивалент 881 доллара за тонну 16-процентного кобальта. Камень с 3-процентным содержанием кобальта стоил 55 долларов.

Рядом подъехали маршрутки с белыми мешками свежедобытого кобальта для продажи. Прибыли еще мешки на велосипедах, загруженных, как вьючные животные.

Каждый груз был проверен устройством, похожим на радар, под названием Metorex, которое определяет содержание минералов. Некоторые из майнеров заявили, что не доверяют машинам, считая их фальсифицированными, но у них нет альтернативы.Губернатор Муйедж сказал, что ищет средства для покупки машины Metorex, чтобы землекопы могли самостоятельно проверять свои полезные ископаемые. В Мусомпо много магазинов, но, по словам диггеров, они продаются одной и той же компании: Congo DongFang Mining.

«Мы продаем это китайцам, а затем китайцы отвозят это в CDM», – сказал Хуберт Мукеква, рабочий в магазине, разгружающий кобальт лопатой.

Мужчина азиатского происхождения, работающий в «торговом центре», или прилавке, рассчитывает плату как «крёзеры», или землекопы, с нетерпением наблюдающие за рынком Мусомпо.

В Конго иностранцам запрещено владеть торговыми точками. Но, похоже, ни один магазин, который посетили журналисты Post, не принадлежал конголезцам. Азиатские мужчины управляли машинами Metorex. Они подвели итоги на негабаритных калькуляторах. Они имели дело с наличными – толстыми пачками конголезских франков. И часто их можно было увидеть сидящими сзади, в то время как конголезские мужчины несли 120-фунтовые мешки. Ни один из боссов магазина не стал разговаривать с The Post.

Мукеква закончил наполнять один мешок.

«Как только у нас будет достаточно запасов, чтобы отправить их в CDM, – сказал он, – мы их там».

Он указал на большое здание с синими стенами вдали.

В магазине под названием Boss Wu два конголезских рабочих в комбинезонах с печатными буквами CDM на спине стояли и смотрели, как другие мужчины загружают кобальтовые мешки в грузовик.

Позже The Post стала свидетелем того, как оранжевый грузовик, груженый кобальтовыми мешками, выехал из Мусомпо на главную трассу.

Номер

«C24» был нанесен синим цветом на кабине грузовика.Пост следовал за C24 на две мили вверх по шоссе, где свернул на грунтовую дорогу, идущую рядом с высокой кирпичной стеной. Грузовик продолжил движение по дороге, пока не доехал до подъезда с вооруженной охраной и не свернул внутрь.

Объект с большими синими стенами был четко обозначен CDM.

Именно у тех же ворот CDM заявляет, что их проверка цепочки поставок прекратилась, не распространяясь ни на рудники, ни на рынок, сказал Чен, президент Huayou Cobalt, материнской компании CDM.

«Фактически, мы не знали так много» о том, у кого они покупали кобальт, – сказал Чен. «Теперь мы проводим комплексную проверку».

Поиск кобальта в вашей батарее

Производство литий-ионных аккумуляторов имеет чрезвычайно сложную цепочку поставок. Каждая потребительская компания имела дело с несколькими поставщиками, а их поставщики имели дело с несколькими поставщиками. Это показывает некоторые связи внутри отрасли. См. Ответы компаний на расследование Washington Post.

Мелкие

майнинг

вручную

Кобальт из

другие источники

Они производят батареи из катодов, анодов и растворов электролитов, которые поставляются разными компаниями.

Они используют батареи в мобильных телефонах, ноутбуках, планшетах и ​​электромобилях.

Мелкие

майнинг

вручную

Кобальта добывают более

мир, но 60 процентов

происходит из Конго.

Аноды прибывают из

другие производители

Мелкие

майнинг

вручную

Кобальт добывается во всем мире, но 60 процентов добывается в Конго.

Они производят батареи из катодов, анодов и растворов электролитов, которые поставляются разными компаниями.

Они используют батареи в мобильных телефонах, ноутбуках, планшетах и ​​электромобилях.

Источники: общедоступные документы, интервью с официальными лицами компаний и отраслевыми аналитиками.

Что говорят компании

компаний, отвечая на вопросы The Post, высказали одинаковую неуверенность в отношении своей цепочки поставок кобальта, что свидетельствует о том, как мало известно об источниках сырья.

Но сегодня ожидания изменились, – сказала Лара Смит из Йоханнесбургской фирмы Core Consultants, которая помогает горнодобывающим компаниям решить эту проблему.

«Компании не могут заявлять о незнании», – сказал Смит. «Потому что, если бы они хотели понять, они могли бы понять. Они этого не делают “.

В прошлом году CDM сообщил об экспорте 72 000 тонн промышленного и кустарного кобальта из Конго, что сделало его № 3 в списке крупнейших горнодобывающих компаний страны, согласно конголезской статистике горнодобывающей промышленности.

И CDM, по мнению аналитиков и компании, на сегодняшний день является крупнейшим экспортером кустарного кобальта Конго.

CDM отправляет кобальт своей материнской компании Huayou в Китае, где руда перерабатывается. Согласно финансовым документам и интервью, среди крупнейших клиентов Huayou производители катодов для аккумуляторов Hunan Shanshan, Pulead Technology Industry и L&F Material.

Отзывы компаний

The Washington Post спросила компании, производящие потребительские товары, и производителей аккумуляторов об их цепочках поставок кобальта.Вот что они сказали:

Congo DongFang Mining / Huayou Cobalt, Apple, LG Chem, LG, Ford, General Motors, Samsung SDI, Samsung, BMW, Amazon.com, Pulead L&F Material, Hunan Shanshan, Amperex Technology Limited (ATL)

Эти компании, которые также покупают очищенные минералы у других компаний, производят катоды для аккумуляторов с высоким содержанием кобальта, которые играют важную роль в литий-ионных аккумуляторах. Эти катоды продаются производителям аккумуляторов, включая такие компании, как Amperex Technology Ltd.(ATL), Samsung SDI и LG Chem.

Все эти производители аккумуляторов поставляют энергию Apple для iPhone, iPad и Mac.

Apple сообщила, что ее расследование показало, что ее батареи от LG Chem и Samsung SDI содержат катоды от Umicore, которые могут содержать кобальт из Конго, но не из CDM. Apple заявила, что подозреваемый кобальт содержится в батареях ATL с катодами Pulead.

«Я думаю, что рисками можно управлять», – сказал The Post исполнительный директор Pulead Юань Гао, добавив, что, по его мнению, «повышение осведомленности действительно работает, поскольку все контролируют всех остальных участников цепочки поставок.”

ATL также поставляет аккумуляторные батареи, обнаруженные в некоторых Amazon Kindles, согласно анализу международной информационной компании IHS. В ATL от комментариев отказались.

Amazon.com, компания, основанная владельцем Post Джеффри П. Безосом, не ответила напрямую на вопросы The Post о возможных связях с подозреваемым кобальтом. Компания опубликовала заявление, в котором частично говорится: «Мы тесно сотрудничаем с нашими поставщиками, чтобы гарантировать, что они соответствуют нашим стандартам, и ежегодно проводим ряд аудитов, чтобы убедиться, что наши производственные партнеры соблюдают нашу политику.”

Еще из этой серии

Кобальт в Конго Рабочие, в том числе дети, трудятся в тяжелых и опасных условиях, чтобы удовлетворить стремительно растущий мировой спрос на кобальт.

Графит в Китае Во многих современных потребительских устройствах есть следы графита. В этих китайских деревнях он содержится в воде, в домах и в еде.

Литий в Аргентине Коренные народы остались бедными, поскольку мир технологий забирает литий у них из-под ног.

Компания Samsung SDI, которая поставляет аккумуляторы для Samsung, Apple и таких автопроизводителей, как BMW, заявила, что ее собственное продолжающееся расследование «не выявило наличия» подозрительного кобальта, хотя он действительно использует кобальт из Конго.

Производитель телефонов Samsung предоставил The Post заявление, в котором говорится, что он серьезно относится к вопросам цепочки поставок, но не рассматривает потенциальную связь с CDM. Согласно отраслевым данным, Samsung покупает аккумуляторы для своих телефонов у Samsung SDI и ATL, среди прочих.

BMW признала, что часть кобальта в ее батареях Samsung SDI поступает из Конго, но сообщила, что The Post следует запросить у Samsung SDI более подробную информацию.

Компания LG Chem, крупнейший в мире поставщик аккумуляторов для электромобилей, заявила, что компания L&F Material, у которой она покупает катоды, прекратила использовать кобальт из Конго в прошлом году. Вместо этого, говорится в сообщении, Huayou теперь поставляет L&F Material кобальт, добытый на острове Новая Каледония в южной части Тихого океана. В качестве доказательства LG Chem предоставила «сертификат происхождения» на партию кобальта в декабре 2015 года в количестве 212 тонн.

Но два специалиста по минеральным ресурсам скептически относятся к тому, что поставщик катодов LG Chem может перейти с конголезского кобальта на минералы из Новой Каледонии – или, по крайней мере, сделать это надолго. Согласно аналитикам и общедоступным данным, LG Chem потребляет больше кобальта, чем производит вся Новая Каледония. L&F Material не ответила на неоднократные запросы о комментариях. Когда газета The Post попросила LG Chem «ответить на заявления о том, что цифры не сходятся», LG Chem не ответила на вопрос напрямую, заявив, что она регулярно проверяет сертификаты происхождения.

LG Chem также управляет заводом по производству аккумуляторов в Мичигане для одного из своих крупнейших клиентов, GM, который планирует начать продажи своего электрического Chevrolet Bolt в конце этого года. LG Chem сообщила, что завод в Мичигане никогда не получал конголезский кобальт.

Другой клиент LG Chem, Ford Motor, сообщил, что LG Chem сообщила, что аккумуляторы Ford не содержат кобальта CDM.

В большинстве моделей Tesla используются батареи от Panasonic, который покупает кобальт в Юго-Восточной Азии и Конго. Сменные аккумуляторы для Tesla производятся LG Chem.Tesla сообщила The Post, что знает, что батареи Tesla LG Chem не содержат конголезского кобальта, но не сообщила, откуда ей это известно.

Tesla больше, чем любой другой автопроизводитель, поставила свою репутацию на «этичный выбор» каждой части своих знаменитых автомобилей.

«Мы очень серьезно к этому относимся», – сказал Курт Келти, директор по аккумуляторным технологиям Tesla, в марте на конференции по аккумуляторным батареям в Форт-Лодердейле, штат Флорида. «И нам нужно отнестись к этому еще более серьезно. Так что мы отправим туда одного из наших парней.”

Шесть месяцев спустя Тесла сообщил The Post, что все еще работает над отправкой кого-то в Конго.

Врожденные дефекты, болезни

В Лубумбаши, другом центре горнодобывающей промышленности Конго, в 180 милях от Колвези, врачи начали разгадывать то, что долгое время оставалось загадкой для ряда проблем со здоровьем местных жителей.

Их выводы указывают на горнодобывающую промышленность как на проблему.

Эти врачи из Университета Лубумбаши уже знают, что горняки и местные жители подвергаются воздействию металлов на уровнях, во много раз превышающих то, что считается безопасным.

Одно из их исследований показало, что у жителей, живущих рядом с шахтами или плавильными заводами на юге Конго, концентрация кобальта в моче в 43 раза выше, чем у контрольной группы, уровни свинца в пять раз выше, а уровни кадмия и урана в четыре раза выше. . У детей уровни были еще выше.

Другое исследование, опубликованное ранее в этом году, обнаружило повышенные уровни металлов в рыбе горнодобывающего региона. Изучение образцов почвы вокруг Лубумбаши, забитого минами, показало, что этот район «входит в десятку самых загрязненных территорий в мире».”

Сейчас врачи работают над тем, чтобы соединить точки.

«Мы пытаемся провести грань между болезнями и металлами», – сказал Эдди Мбую, университетский химик.

Но они осторожны в своей задаче.

«У горнодобывающего бизнеса есть деньги, и эти деньги означают власть», – сказал Тони Кайембе, эпидемиолог университетской больницы.

Текущие исследования посвящены заболеваниям щитовидной железы и проблемам с дыханием. Но врачей больше всего беспокоит возможная связь с врожденными дефектами.В одном исследовании, опубликованном университетскими врачами в 2012 году, были обнаружены предварительные доказательства повышенного риска рождения ребенка с видимым врожденным дефектом, если отец работал в горнодобывающей промышленности Конго.

Врачи Лубумбаши также опубликовали отчеты о настолько редких врожденных дефектах – один из них называется синдромом русалки – что это единственные случаи, когда-либо известные в Конго. Все происходило у детей, рожденных в тяжелых горнодобывающих регионах.

Что касается Кайембе, в исследовании, которое наиболее выделялось, изучались дети, рожденные с голопрозэнцефалией, обычно смертельным заболеванием, которое вызывает серьезные характерные деформации лица.Это почти неслыханно. Целая медицинская карьера проходит, не видя ни одного. Но в прошлом году врачи в Лубумбаши зафиксировали три случая за три месяца.

«Это ненормально, – сказал Кайембе.

Эти медицинские обследования могут принести некоторое облегчение таким жителям, как Эимеранс Масенго, 15 лет, которая винит себя с тех пор, как в прошлом году родила мальчика с тяжелыми смертельными врожденными дефектами.

Голосом чуть выше шепота Эмеранс вспомнила, как она так испугалась, увидев своего новорожденного.Она сказала, что врач тоже испугался.

Врач сказал Эмирансу, что невозможно точно знать, что пошло не так. Но, как он отметил, отец ребенка работал кобальтоуборщиком. Он сказал Эймерэнсу, что видел много проблем у детей, рожденных от землекопов.

Аимеранс и отец ребенка жили в соседней деревне Луисвиши, где проживает 8000 человек. Казалось, что все были связаны с кустарной добычей полезных ископаемых. А за последние три года, по словам местных активистов, четверо новорожденных из этой крошечной деревни умерли от серьезных врожденных дефектов.

Ребенок бросает камень в реку Каполове недалеко от Лубумбаши. Экологи, врачи и активисты говорят, что реки региона страдают от сильного загрязнения, которое, по их мнению, связано с добычей меди и кобальта по всему региону. Сом, пойманный в реке Каполове, предлагается потенциальным покупателям на берегу реки. Исследование, опубликованное в этом году, показало повышенный уровень металлов в рыбе горнодобывающего региона. На руднике в Каваме работает экскаватор. Большая часть работы выполняется ручными инструментами и практически без каких-либо мер предосторожности по охране окружающей среды или безопасности.Диггеры ждут своей зарплаты на рынке Мусомпо.

«Крезы» ждут

Для землекопов, таких как Сидики Маямба, которые беспокоятся о том, чтобы предоставить муку для своей семьи, наибольшую озабоченность вызывает не безопасность или потенциальные проблемы со здоровьем. Это деньги. Ему нужна работа. Но он не хочет, чтобы его двухлетний сын Гарольд последовал за ним в шахты.

«Экскаватор – тяжелая работа, сопряженная со многими рисками», – сказал Маямба. «Я не могу пожелать, чтобы у моего ребенка была такая работа».

Очистить цепочку поставок кобальта будет непросто для Huayou Cobalt даже при поддержке такой могущественной компании, как Apple.

Но Чен, президент Хуаю, сказал, что это правильное действие не только для компании, но и для конголезских горняков.

«Некоторые компании просто хотят уйти от проблемы», – сказал Чен. «Но проблема Конго все еще существует. Бедность все еще существует ».

Вопрос в том, окажут ли другие клиенты Huayou поддержку после многих лет беспрепятственной покупки дешевого кобальта.

Пайерс, старший директор Apple, сказал, что компания не хочет предпринимать шагов, направленных лишь на то, чтобы «сделать цепочку поставок красивее».”

«Если мы все вырвемся из Демократической Республики Конго и побежим из нее, это поставит конголезский народ в ужасное положение», – сказал Пайерс. «И здесь мы не будем участвовать в этом».

Начиная со следующего года, Apple будет рассматривать кобальт как конфликтный минерал, требуя, чтобы все переработчики кобальта соглашались на внешний аудит цепочки поставок и проводили оценку рисков.

Действия Apple могут иметь серьезные последствия во всем мире аккумуляторов. Но изменения будут медленными.Apple потратила пять лет на то, чтобы удостовериться, что в ее цепочке поставок нет конфликтных минералов, и это действие было предписано законом.

Ни одна из этих попыток не изменит судьбу землекопов, таких как Кандоло Мбома.

Этим летом на шахте Тилвезембе Мбома сидел на валуне в кататоническом состоянии, его синие джинсы были в черных пятнах, а босые ноги болтались прямо над красной землей. Его глаза не могли заметить других проходящих мимо копателей.

«Он работал всю ночь и ничего не ел», – сказал другой копатель.

Мбома, 35 лет, отец троих детей, ждал взвешивания кобальта. Тогда он надеялся, что ему заплатят.

Он сидел рядом с рядом небольших продуктовых ларьков, толстые квадраты выброшенных шахтёрских мешков натянуты на палки, где землекоп мог купить булочку за 100 конголезских франков, что равно примерно 10 центам. Хлеб приносили с бесплатной чашкой воды.

«Ешьте то, что готовите», – наконец сказал Мбома.

И еды придется подождать.

«Крёзер» спускается в туннель на шахте в Каваме.Туннели вырывают с помощью ручных инструментов и роют глубоко под землей.

Питер Вориски из Вашингтона внес свой вклад в этот отчет.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *