Gruvdriftens gränser

Världsekonomin hungrar efter metaller och mineraler och hungern mättas genom gruvdrift. Men gruvindustrins plundring av planeten börjar möta fysiska begränsningar. De bästa mineralfyndigheterna är tömda och koncentrationen av mineraler sjunker successivt i världens nya och gamla gruvor. Jordens resurser lär inte "ta slut" men energikostnaderna för att utvinna dem kommer skena iväg. Det måste såväl gruvindustrin som resten av samhället anpassa sig efter.

Vad är gruvdrift?

Gruvdrift är att utvinna mineraler, det vill säga bergarter med särskilda kemiska egenskaper, från jordskorpan. Vissa mineraler bearbetas sedan i en metallurgisk process för att framställa basmetaller som järn, aluminium och koppar, ädelmetaller som guld, silver och platina eller sällsynta jordartsmetaller. Icke-metalliska industrimineraler som diamant, grafit och fosfat kan ofta användas som de är, med minimal processering. Mineraler med höga koncentrationer av en eller flera metaller kallas malmer. Malmfyndigheter finns utspridda i litosfären i små punkter, ofta kallade ådror. Förutom de underjordiska källorna till mineraler finns en del mineraler, som guld och diamant, ofta under flodbäddar.¹

Gruvdrift kan ske under jord eller ovan jord i så kallade dagbrott och kan vara storskaligt eller småskaligt. Idag dominerar de storskaliga dagbrotten, men gruvor har funnits i många former under en stor del av människans historia. Gruvdriften har vuxit kraftigt i takt med framväxten av industriella ekonomier som efterfrågar ett brett spektrum av metaller och mineraler. Till skillnad från olja förbrukas metaller och mineraler inte omedelbart utan används till att bygga upp infrastruktur som vägar och hus eller som material i tekniska apparater för hushåll och industrier.²

Svälja berg och sila mineraler

Gruvdrift är i grunden en kemisk flerstegsreaktion. Varje delsteg i den gruvindustriella processen handlar om att bryta och skapa kemiska bindningar, vilket ofrånkomligen kräver energi.³ Att bedriva gruvdrift är på sätt och vis likt att äta kräftor. Det man vill åt, kräftstjärten eller mineralförekomsten, är omsluten av skal eller så kallat gråberg som måste brytas bort och hanteras. Kräftsjärten och mineralet i sin tur innehåller också ointressanta ämnen och behöver bearbetas, genom matsmältning och toalettbesök eller industriella processer. Restprodukterna blir urin och fekalier (kiss och bajs) eller så kallad anrikningssand. Den värdefulla delen tillgodogörs av kroppen eller världsekonomin.

Allt det här gör både kräftskivor och gruvdrift till krävande processer. Men till gagn för gruvindustrin har planeten gjort en del av förarbetet. Solens strålar har i samarbete med kontinenternas tektonik koncentrerat vissa ämnen på vissa platser i jordskorpan. Det har skett helt slumpmässigt men resulterat i höggradiga fyndigheter av mineraler på några punkter i litosfären. Stora fyndigheter med höga koncentrationer är optimala för gruvindustrin precis som stora kräftor med tunnare skal är optimala för den som vill äta kräftstjärtar. En glupsk kräftätare eller en vinstinriktad gruvindustri tar först de lägst hängande frukterna, lättskalade kräftor och lättillgängliga fyndigheter, eftersom det minimerar åtgången av tid och energi.

För att höja den teoretiska nivån kan det vara värt att introducera begreppet entropi, det vill säga oordning. Ett stycke berg med normal kemisk sammansättning har hög entropi. En ren koppartråd däremot har låg entropi. En kopparmalm som bornit har en entropi någonstans mellan dessa. För att sänka entropin måste man, per definition, tillföra energi. Man kan tänka sig en entropitrappa från oordning till ordning som kostar energi att ta sig uppför. Trappan börjar med en genomsnittlig berggrund och det översta trappsteget är ett rent ämne, låt oss säga en koppartråd. Att gå från bornit som ligger i mitten av trappan till koppartråden på översta trappsteget kräver mindre energi än att gå från en godtycklig berggrund på botten av trappan till koppartråden högst upp.

Gruvdriftens energikris

Är detta ett teoretiskt problem eller en global realitet? Det finns många belysande exempel. På bara tio år har den genomsnittliga kopparhalten i världens koppargruvor gått ner med en fjärdedel. Produktionen av koppar gick under samma period upp med 30 procent, men kopparindustriernas energikonsumtion ökade ännu mer, med 46 procent.⁴ När kopparhalterna tar sig under en halv procent går energikostnaderna in i väggen och ökar expontentiellt.⁵ De två största silvergruvorna för tio år sedan, Cannington i Australien och Fresnillo i Mexiko, har halverat sina silverhalter och minskat produktionen. De är fortfarande med på topp tio, men de gruvor som tagit första- och andraplatsen producerar inte ens hälften av vad Cannington och Fresnillo en gång gjorde.⁶ I de gruvor som utvinner bly och zink har malmkoncentrationerna fallit medan energikostnaderna ökat.⁷ I guldgruvorna har guldhalten också sjunkit och gruvorna blir allt större och djupare. En konsekvens av det är att världens fem största gold diggers fördubblat sin förbrukning av diesel, som driver alla gruvfordon. Trots det har de fem gruvbolagen haft en konstant eller minskande produktion av guld.⁸

De lågt hängande frukterna är i stort sett tömda. Gruvindustrin står inför en situation med fallande koncentrationer av metaller och mineraler både i de befintliga gruvorna och i de nya. Det har lett till att gruvindustrin kräver mer och mer energi för att producera lika mycket som förut.⁹ Precis som med olja är den totala mängden resurser ointressant, eftersom det som faktiskt spelar roll är tillgängligheten på resurserna. Det finns ofantliga mängder nickel, kobolt, grafit och andra mineraler på jordklotet, men de är mestadels utspridda i pyttesmå och otillgängliga mängder.

Med ett ensidigt ekonomiskt synsätt kan man hävda att utbud och efterfrågan reglerar uttaget av naturresurser från berggrunden. När de höggradiga mineralreserverna är förbrukade kan vi fortsätta utvinna mineraler från successivt lägre koncentrerade mineralreserver så länge människor är beredda att betala för det. När mineraltillgångarna är slut kan vi utvinna det vi vill ha varsomhelst från jordskorpan, som ju innehåller de flesta ämnen. Vad som är olönsamt nu kan bli lönsamt med framtida ekonomisk och teknisk utveckling. Miljöekonomen Julian Simon hävdade utifrån det här resonemanget att mineralresurserna räcker i sju miljarder år framåt. Låt oss testa påståendet, återigen med koppar som exempel.

Ungefär 25 miljondelar av berggrunden består i dagsläget av koppar. Aitikgruvan i Gällivare vilar på en malmkropp som till 25 tiotusendelar består av koppar. I Aitik kan man alltså få ut hundra gånger mer koppar per ton bergmassa än vad en gruva placerad på en fotbollsplan eller en åker i Skåne sannolikt skulle ge. Ifall mineraltillgångarna töms kan gruvdrift lika gärna bedrivas varsomhelst, för berggrund är ingen begränsad resurs. Men det kostar att göra koppartråd av berg som till 99,9975 procent består av andra ämnen än koppar. Att klättra så långt på entropitrappan är av lätt insedda skäl extremt energikrävande. En approximativ beräkning visar att om vi vill upprätthålla dagens kopparproduktion bara från odifferentierad jordskorpa skulle det kräva tjugo gånger mer energi än hela världsproduktionen av energi idag.¹⁰ Pengar må vara en obegränsad resurs, men energi är inte det. Att upprätthålla gruvindustrin i framtiden kräver astronomiska mängder energi, och att göra det i sju miljarder år är inget annat än science fiction.

Gruvdriftens framtid handlar alltså inte om hur mycket mineraler det finns, utan hur mycket energi det kostar att utvinna dem. Och energikostnaderna står i proportionen till malmhalten eller koncentrationen. Resursbrist inträffar alltså inte när något "tar slut" utan när energikostnaderna stiger. För gruvdriften är det energin som sätter tillväxtens gränser.¹¹

Teknik utan änglavingar

En föreslagen lösning på energibegränsningen är att hitta substitut om ett mineral blir mer svårtillgängligt. Det är riktigt att en del mineraler går att byta ut mot alternativ för en del av sina användningsområden. Koppartråd i elektriska ledare kan till exempel ersättas med aluminium. Men av alla metaller i världsekonomin går inte en enda att subsituera för alla dess användningsområden. En femtedel av metallerna saknar godtagbart substitut och kan inte ens ersättas delvis.¹² Användningen av mineralet fosfat som gödsel är omöjlig att ersätta med något annat så länge människor förblir biologiska kolbaserade varelser. För många viktiga mineraler är det den orubbliga kemiska verkligheten, inte den löftesrika tekniken, som sätter gränser för substituten.

Substituten är inte bara otillräckliga, utan kräver mer energi och är dyrare. Det är just därför vi inte använder dem om vi inte måste. Att utvinna och processera aluminium från bauxit kostar över dubbelt så mycket energi som att göra det med koppar från kopparmalm. Därför gör vi hellre kopparledningar än ledningar av aluminium. I andra fall är substitutet ett sämre alternativ för att det kräver mer energi att smälta. Ett exempel på det är titan, som kan ersätta kroms funktion i rostfritt stål. Dess höga smältpunkt gör den fem gånger så energikrävande att producera. Subsitut är alltså ingen lösning på gruvdriftens grundläggande dilemma.¹³

Det finns planer på så kallad landfill mining, något som förekommer redan idag men har stor ounyttjad potential. Att ta tillvara metaller och mineraler som ligger lagrade i deponier kommer dock inte heller runt problemet med energikostnaderna, utan är i de flesta fall mer energikrävande än konventionell gruvdrift i dagbrott. I deponier blandas material av alla sorter tillsammans med gifter och farliga ämnen. På grund av svårigheterna med att separera ämnen och göra det på ett hälsosamt sätt har landfill mining inte varit ekonomiskt gångbart i någon större skala i den industrialiserade världen.

Den givna lösningen anses vara återvinning. I teorin är material oändligt återvinningsbara, men i praktiken inte. Insamlingen är svår att göra perfekt eftersom den till stor del bygger på mänskligt beteende. Den försvåras betydligt av att metaller och mineraler används i små mängder i produkter sammansatta av många olika material, där de värsta exemplen är chip och kretskort.¹⁴ Vidare är det ett felaktigt antagande att återvinning ersätter primärproduktion ett-till-ett, det vill säga att vi för varje pantad läskburk undviker uttag av några gram aluminium från jordskorpan. För det första är det inte säkert att det återvunna materialet går tillbaka till sitt gamla liv. Det kan bli sämre efter återvinning (downcycling) och hitta ett nytt liv längre ner i materialets kvalitetshierarki, eller ersätta ett helt annat material. För det andra kan återvinning sänka priserna på materialet och driva upp efterfrågan, vilket kan orsaka mer primärproduktion.¹⁵

Återvinning står dessutom inför samma energiproblem som gruvdriften. Ju mer vi vill återvinna, desto mer kostar det, och det verkar inte vara ett linjärt förhållande. Många metaller har idag en global återvinningsgrad på runt 50 procent, vilket betyder att hälften av metallerna slängs efter användning. Att nå dit krävde en del ansträngningar, men att höja återvinningsgraden med ytterligare 50 procentenheter kommer bli betydligt svårare. Målet om nästan helt cirkulära flöden för mineraler behöver emellertid inte alls vara omöjligt, men då krävs en helt annorlunda strategi. Se på växterna: de har utvunnit mineraler i årmiljoner och återvinner dem till nästan 100 procent. Deras hemlighet stavas förnöjsamhet. Växterna använder inte mer mineraler än vad de behöver för att möta sina behov. Mineralerna de utvinner är vanliga i jordskorpan och används så effektivt så möjligt.¹⁶

Metabolisk omställning

Allt fler på jorden har en elektronisk och digitaliserad livsstil. Många bor i hem fulla av metallapparater och färdas med metallfordon i samhällen vars själva skelett är byggt av mineraler. Att göra den levnadsstandarden till ett globalt genomsnitt är orealistiskt, inte bara ekologiskt katastrofalt.¹⁷ Substituering och återvinning har flera begränsningar, som inte bara är tekniska. För att bibehålla gruvdriften i nuvarande skala behöver vi använda mer och mer energi. Om gruvindustrin ska fortsätta växa kommer energikostnaderna slå i taket ännu snabbare. Människor är smarta och uppfinningsrika nog att göra bättre gruvmaskiner och hålla prislappen nere, men ingen intelligens hjälper mot termodynamikens lagar.

Planetpolitik kan vara reformistisk eller radikal, nytänkande eller systemvårdande, men dessa fakta måste alla förhålla sig till. En gång och aldrig mer i mänsklighetens historia fick vi tillgång till billiga mineraler i överflöd, som användes för att bygga upp det moderna industriella samhället till förmån för en global minoritet. Den prioriteringen lämnar mycket att önska, inte minst vad gäller långsiktig planering och hänsyn till framtida generationer. Men gjort är gjort, och nu måste vi anpassa oss till en ny verklighet med dyra och svårtillgängliga mineraler.

Vi kan hämta inspiration från landväxterna, som bedrivit hållbar gruvdrift i hundratals miljoner år. En sådan strategi anpassad för människor skulle kunna se ut på följande sätt. Vi måste lära oss leva med betydligt mindre mineraler. Vi behöver använda en betydligt mindre palett av mineraler, med fokus på jordskorpans vanligaste mineraler som löper minst risk att drabbas av accelererande energikostnader. Vi ska använda mineraler där de gör störst nytta under längst tid och återvinna dem så långt det är möjligt. Hela den industriella metabolismen av mineraler och metaller kommer behöva genomgripande förändringar i en nära – inte avlägsen – framtid.

Referenser

1. Clark, G. B., Hustrulid, W. A., Mero, J. L. Encylopaedia Britannica, "Mining". Tillänglig på:
https://www.britannica.com/technology/mining/Underground-mining
(Hämtad: 22 augusti 2018)

2. Rockström, J., Klum, M. (2012) Vår tid på jorden, Stockholm: Bokförlaget Langenskiöld.

3. Bardi, U. (2013) "The mineral question: how energy and technology will determine the future of mining", Frontiers in Energy Research, 1:9, pp. 1-11. Tillgänglig på:
https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fenrg.2013.00009/full#h5
(Hämtad: 22 augusti 2018)

4. Calvo, G., Mudd, G., Valero, A., Valero, A. (2016) "Decreasing ore grades in global metallic mining: a theoretical issue or a global reality?", Resources, 5(4:36), pp. 1-14.

5. Koppelaar, R. H. E. M., Koppelaar, H. (2016) "The ore grade and depth influence on copper energy inputs", BioPhysical Economics and Resource Quality, 1(2:11), pp. 1-16.

6. SRSrocco (2018) World's largest silver mines: suffer falling ore grades & rising costs. Tillgänglig på: 
https://srsroccoreport.com/worlds-largest-silver-mines-suffer-falling-ore-grades-rising-costs/ 
(Hämtad: 22 aug 2018)

7. Calvo, G., Mudd, G., Valero, A., Valero, A. op. cit.

8. SRSrocco (2014) Gold mining industry: fuel costs explode over the past decade. Tillgänglig på:
https://srsroccoreport.com/gold-mining-industry-fuel-costs-explode-in-a-decade/ 
(Hämtad: 22 aug 2018).

9. Valero, A., Valero, A., Domínguez, A. (2011) "Trends of exergy costs and ore grade in global mining", in Martens, P. N. (ed.) Fifth international conference sustainable development in the minerals industry. Essen: VGE-verlag, pp. 301-316.

10. Bardi, U. (2008) The universal mining machine. Tillgänglig på: 
http://europe.theoildrum.com/node/3451 
(Hämtad: 22 aug 2018).

11. Bardi, U (2014) Extracted: how the quest for mineral wealth is plundering the planet, Hartford: Chelsea Green Publishing.

12. Graedel, T. E., Harper, E. M., Nassar, N. T. & Reck, B. K. (2015) "On the materials basis of modern society", Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 112(20), pp. 6295-6300.

13. Bardi, U. (2008) op. cit.

14. Reck, B. K. & Graedel, T. E. (2012) "Challenges in Metal Recycling", Science, 337(6905), pp. 690-695.

15. Zink, T., Geyer, R. & Startz, R. (2017) "Toward estimating displaced primary production from recycling: a case study of U.S. aluminum", Industrial ecology, 22(2), pp. 314-326.

16. Bardi, U. (2013) op. cit.

17. Gordon, R. B., Bertram, M. & T. E. Graedel (2006) 'Metal stocks and sustainability', Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America103(5), pp. 1209-1214.