На сегодняшний день Китай – крупнейший в мире поставщик редкоземельных металлов, и это порождает множество проблем. После территориального спора в 2010 году Китай прекратил их экспорт в Японию, что вызвало скачок мировых цен на эту категорию металлов. Совсем недавно, в 2019 году, редкоземельные металлы стали причиной американско-китайской торговой войны, поскольку Китай намекнул, что может ограничить их экспорт в США. Учитывая влияние геополитики на бесперебойные поставки, не удивительно, что китайские и другие горнодобывающие компании крайне заинтересованы в глубоководных месторождениях редкоземельных металлов, включая тихоокеанские конкреции.
Однако вскоре могут появиться турбины новой конструкции, в которой будут использованы другие металлы. В 2019 году датский консорциум провел успешные полномасштабные полевые испытания турбины с прямым приводом, в которой неодимовые магниты были заменены сверхпроводником. По сравнению с привычными механизмами турбины со сверхпроводниками будут дешевле в изготовлении и эксплуатации, поскольку они легче, эффективнее и для них требуется гораздо меньше редкоземельных металлов. Одна такая турбина будет содержать примерно килограмм гадолиния, в то время как на создание неодимового магнита требуется около тонны этого металла.
Поэтому важнейшие вопросы для рынка возобновляемых источников энергии касаются того, за какими турбинами будущее – наземными или морскими – и каких они будут конструкций. В настоящее время на наземные ветряные турбины приходится 70 % мирового рынка ветряных электростанций. Какие виды турбин будут пользоваться большим спросом в ближайшие годы и, следовательно, в каких металлах возникнет наибольшая потребность, будет зависеть от государственной поддержки, проектов для конкретных местных условий и многих других факторов.
Ну а в солнечной энергетике доминирует единственная технология, разработанная более шестидесяти лет назад. Фотоэлектрические элементы на основе кремния – это солнечная технология первого поколения, панели которой состоят из тонких пластин кремния, высвобождающих электроны при попадании на них фотонов света. Серебряная паста, добавленная в кремниевую пластину, замыкает эти электроны в цепь, поскольку серебро является лучшим из известных проводников электричества. Недавний анализ рынка связал растущий спрос на солнечные батареи с ростом цен на серебро. И хотя на гидротермальных источниках можно добыть какое-то количество серебра, крупномасштабная добыча тихоокеанских конкреций в данном случае бессмысленна.
Уже доступны солнечные батареи второго поколения, включая элементы на основе теллурида кадмия. В них меньше серебра, но они нуждаются в теллуре – металле, который можно было бы добыть на подводных горах. Однако пока что эти и другие разработки солнечных батарей не пользуются большим спросом на мировых рынках, главным образом потому, что привычные элементы на основе кремния трудно превзойти. С момента изобретения в 1950-х годах их эффективность выросла с 6 до 20 %[99], а стоимость при этом снизилась более чем в 5 раз по сравнению с девяностыми годами. Чтобы конкурировать с ними, нужно либо изобрести нечто совершенно новое, либо значительно снизить цены на свой продукт. Новая технология третьего поколения солнечных батарей, возможно, изменит ситуацию с возобновляемыми источниками энергии. Одна из перспективных разработок – солнечные элементы из минерала перовскита. В 2019 году над коммерциализацией этой технологии работали более десятка компаний по всему миру. Новые солнечные панели из перовскита функционируют так же, как и кремниевые, однако они эффективны только при размере с почтовую марку. Если удастся стабилизировать их работу при более крупных габаритах, они могут стать своего рода распыляемыми «солнечными чернилами», которые будут генерировать электричество в самых неожиданных местах: на стенах и окнах, крышах автомобилей и крыльях самолетов, даже на одежде. Вдобавок ко всему, такие батареи можно будет изготавливать из различных дешевых и доступных материалов. Обычно перовскиты содержат органические молекулы (состоящие из углерода, водорода и азота), один из галогенов (часто йод или хлор) и свинец – недефицитный металл, который не является целью глубоководной добычи.
Аргументы в пользу добычи ископаемых на морском дне обычно сводятся к необходимости электрификации мирового парка легковых и грузовых автомобилей. Отказ от транспортных средств, работающих на ископаемом топливе, имеет большой экологический смысл. Стандартный двигатель внутреннего сгорания работает посредством организованной последовательности действий, эффективность которых всего 30 %. Рев автострад и обжигающий жар автомобильного радиатора свидетельствуют о бесполезной потере энергии в виде тепла и шума. Электромобили работают намного тише, а их КПД обычно более 90 %. Заряжать их можно от источника возобновляемой электроэнергии. При этом уровень выбросов углекислого газа будет гораздо ниже, чем при использовании бензина или дизельного топлива. К тому же, независимо от способа получения электроэнергии, электромобили избавляют от проблем локального загрязнения воздуха в городах, поскольку не выбрасывают в атмосферу выхлопных газов. Однако большинство современных конструкций аккумуляторных батарей требует немалого количества кобальта: в среднем для изготовления электродов требуется около девяти килограммов этого весьма проблематичного с точки зрения добычи металла, который встречается в морских глубинах.
В настоящее время более половины мировых поставок кобальта идет из Демократической Республики Конго (ДРК), расположенной в Центральной Африке, одной из самых бедных и политически нестабильных стран мира. Кобальт в Конго добывают в основном на крупных открытых карьерах, которые конкурируют с двумя сотнями тысяч несанкционированных, вырытых вручную с помощью стамесок и молотков. В поисках пластов, богатых кобальтом, люди вгрызаются в грязь, роют ямы и туннели, иногда на заднем дворе и прямо под своими домами. У таких туннелей нет никаких опор, которые могли бы предотвратить обрушение, а у шахтеров нет никакого защитного снаряжения – ни масок, ни рукавиц, ни даже ботинок. Несчастные случаи со смертельным исходом здесь не редкость. В июне 2019 года в обрушившемся туннеле на краю огромного коммерческого карьера погибли 43 нелегальных шахтера.
Международная неправительственная организация «Амнэсти интернешнл» сообщает о широком использовании детского труда в нелегальных карьерах Конго, где работают в том числе дети младше семи лет. Они таскают огромные мешки с камнями и вдыхают вредную кобальтовую пыль. Один мальчик рассказал, что, когда ему было двенадцать лет, он оставался в карьере по 24 часа кряду. Чудовищное положение дел с правами человека в этих карьерах служит одним из стимулов для добычи кобальта на морском дне. Другой стимул – нестабильная цена этого металла на мировых рынках.
В середине 2000-х годов в связи с ростом спроса со стороны высокотехнологичных отраслей на производство аккумуляторных батареек для смартфонов и ноутбуков цены на кобальт взлетели, но после глобальной рецессии 2008 года снова упали. Затем в 2017 и 2018 годах десятки стран и городов по всему миру обязались постепенно отказаться от использования автомобилей, работающих на ископаемом топливе, что привело к лихорадочному росту интереса к электромобилям и совпало со скачком цен на кобальт, которые за два года выросли более чем втрое – с 30 000 до 95 000 долларов США за тонну. Отчасти скачок цен был вызван тем, что Китай, владеющий восемью из четырнадцати крупнейших кобальтовых рудников в Конго и перерабатывающий 80 % мировых поставок кобальта, накапливал запасы в ожидании растущего спроса со стороны производителей автомобилей. Это стало идеальным моментом для компаний, планирующих глубоководные разработки, чтобы донести свою идею о проблематичности поставок кобальта и о приоритете и потенциальной прибыльности его добычи со дна моря. Однако к 2019 году растущего спроса на кобальт не случилось, и автомобильные компании так и не поставили производство электромобилей на поток. Китай сократил свои поставки, и к началу 2020 года цена на кобальт упала.
Аккумуляторные батарейки были разработаны в 1970-е годы, и с тех пор их конструкция не претерпела значительных изменений. Литий-ионные аккумуляторы впервые были использованы в портативных видеокамерах корпорацией «Сони» в 1991 году, и теперь на базе этой технологии зиждится наша цифровая эпоха. Это тот самый «черный ящик», с которым большинство из нас имеет дело для подзарядки своего смартфона. Стоит включить телефон – и электроны потекут по цепи между двумя электродами, от отрицательного анода к положительному катоду, выгружая заряд тока. Одновременно поток положительно заряженных ионов потечет между электродами через жидкий электролит. Подключите телефон к розетке – и электричество, поступающее в аккумулятор, повернет этот процесс вспять: теперь ионы перемещаются обратно к аноду и накапливают заряд.
Ранние версии элементов питания имели литиевый анод и катод из дисульфида титана, который обладает неприятной особенностью – может взрываться. При замене дисульфида титана на оксид кобальта увеличилась емкость заряда аккумулятора и уменьшилась его подверженность возгоранию. Эти батарейки достаточно хорошо работают в портативной электронике, но сейчас идет гонка в деле создания аккумулятора для электромобилей следующего поколения, который был бы не слишком большим и тяжелым, а главное – достаточно емким, чтобы не разряжаться до следующей зарядной станции. Нестабильные цены и растущее возмущение по поводу способа добычи кобальта в Конго предполагает сокращение его использования или даже полный отказ от этого металла. Компания «Панасоник», поставляющая аккумуляторные батареи производителю электромобилей «Тесла», уже усовершенствовала литий-ионные элементы, снизив в них содержание кобальта больше чем наполовину по сравнению с другими автомобильными аккумуляторами.