Turbina wiatrowa i panel słoneczny: Jakie metale i minerały są wykorzystywane w budowie?
Obrazek użytkownika Łukasz Kołodziejczyk
27 maj 2021, 08:40

Transformacja energetyczna świata wywinduje ceny surowców. Jakie metale i minerały są wykorzystywane w budowie turbiny wiatrowej i panelu słonecznego

Globalna transformacja energetyczna dopiero się rozpędza – wszystko wskazuje na to, że będzie trwała przynajmniej do 2050 roku. Jednakże, długoterminowy zwrot ku zielonej energii, mimo iż jest przeciwny do zwrotu ku zatrutemu środowisku, ma swoje krótkoterminowe koszty. W wielu przypadkach są to koszty związane nie tylko ze zwiększonym zanieczyszczeniem środowiska i wyższą emisją dwutlenku węgla przez wzgląd na zwiększony popyt na surowce. Dla inwestorów w tym wszystkim najważniejsze jest to, że mogą te trendy wykorzystać, czego najlepszym przykładem są historycznie wysokie ceny miedzi, z których korzysta (mniej lub bardziej – choć to już inna kwestia) KGHM.

Krótkoterminowy koszt długoterminowej transformacji

Zarówno elektrownie wiatrowe, jak i panele fotowoltaiczne trzeba z czegoś wyprodukować – a produkcja ta okupiona jest nie tylko zużyciem materiałów, często deficytowych, ale także zużyciem energii, której obecnie wciąż jest bardzo daleko do czystości. Zagadnienie to prowadzi do pewnego paradoksu: jeśli chcemy mieć zieloną energię w przyszłości, musimy pogodzić się ze zwiększoną eksploatacją środowiska w krótkim terminie – eksploatacja ta nie tylko zwiększy zanieczyszczenie środowiska, ale wywinduje także ceny niektórych surowców.

W tym roku, z powodu rosnących kosztów surowców oraz opóźnień w dostawach i przesunięciach w łańcuchach dostaw, producenci modułów fotowoltaicznych oraz elektrowni wiatrowych podnieśli ceny swoich produktów. Panele słoneczne Jinko Solar i Canadian Solar po raz pierwszy od bardzo długiego czasu podrożały, choć popyt na nie nieustannie rośnie nawet pomimo tego faktu. Vestas, największy producent elektrowni wiatrowych na świecie, zapowiada podwyżki cen swoich produktów, które dotkną także polskiego rynku. Wszystko wskazuje na to, że globalny popyt, w połączeniu ze zwrotem ku zielonej energii, który przez większą eksploatację surowców ogranicza także podaż, powoli zaczynają odbijać się na globalnej gospodarce, co najprawdopodobniej w długim terminie doprowadzi do kolejnych podwyżek cen – i to nawet pomimo rozwoju technologii, który ze swojej natury powinien prowadzić do spadku kosztów produkcji, a obecnie jest wolniejszy niż wzrost cen surowców. Oczy niemal wszystkich liczących się na globalnej arenie międzynarodowej państw zwrócone są na odnawialne źródła energii, dlatego producenci mogą być pewni, że przynajmniej przez jakiś czas klientów im nie zabranie – a klienci ci upewnią się, że niezbędne surowce zostaną użyte właśnie tam.

Nieprzypadkowo tak często wspominamy tu o surowcach, ponieważ to właśnie one będą odgrywały kluczową rolę w transformacji energetycznej. Postanowiliśmy stworzyć spis metali i minerałów, które potrzebne są do wyprodukowania panelu słonecznego oraz „postawienia” elektrowni wiatrowej. W spisie tym podzieliliśmy surowce na poszczególne komponenty składowe w omawianych technologiach.

Zobacz także: Rząd chce zmienić przepisy, które w 2016 zatrzymały rozwój energetyki wiatrowej na lądzie - liberalizacja „ustawy odległościowej”

Panele Słonczne

Metale i minerały potrzebne do produkcji panelu słonecznego

Komponenty, z których składa się panel słoneczny, to (w uproszczeniu):

Ogniwa słoneczne, solarne i fotowoltaiczne (różnego rodzaju):

  • Gal – bardzo szeroko wykorzystywany w produkcji ogniw (zwłaszcza drugiej generacji) i obwodów elektronicznych, cechują go dobre właściwości półprzewodnikowe. Gal jest wydobywany przede wszystkim w Chinach, Niemczech, Japonii, Ukrainie i Kazachstanie. Warto wskazać, iż zamiennikiem dla galu może być german, jednak z wielu względach obecnie nie jest jeszcze szeroko stosowany przy produkcji paneli – co nie zmienia faktu, że w przyszłości może być.
  • Kadm – tworzy warstwę buforową w cienkowarstwowych ogniwach, wydobywa się go przede wszystkim w Chinach, Korei Południowej, Japonii, Kazachstanie, Meksyku, Stanach Zjednoczonych, ale też Polsce i Indiach.
  • Ind – dzięki właściwościom nadprzewodzenia stosowany jest do produkcji tranzystorów niskotemperaturowych i termistorów. Stanowi jeden z ważniejszych pierwiastków w produkcji ogniw słonecznych niemal każdej generacji. Wydobywany jest w przede wszystkim w Chinach, Korei Południowej, Japonii, Kanadzie, Belgii, Rosji, Peru i Brazylii.
  • Molibden – używany jako najbardziej podstawowa warstwa przewodząca – baza dla wszystkich pozostałych warstw, molibden rozpyla się w postaci cienkiej warstwy wrażliwej elektrycznie. Wydobywa się go przede wszystkim w Chinach, Stanach Zjednoczonych, Peru, Chile, Meksyku, Kanadzie, Rosji i Armenii.
  • Selen – bardzo ważny pierwiastek w produkcji ogniw słonecznych, szeroko stosowany dzięki uzależnieniu przewodnictwa elektrycznego od naświetlenia, wydobywany przede wszystkim w Japonii, Belgii, Kanadzie, Chile, Rosji, Finlandii czy Szwecji.
  • Krzemionka (ditlenek krzemu) – wytwarza się z niego szkło kwarcowe, służy do otrzymywania krzemu. 90% wszystkich wyprodukowanych ogniw funkcjonuje w oparciu o związki powstałe z krzemionki. Istnieje wiele minerałów, z których można otrzymać ten związek, wydobywa się je niemal na całym świecie.
  • Srebro – wykorzystywane przy przemianie energii świetlnej na energetyczną przez wzgląd na niskie straty, na 1 W mocy modułu słonecznego potrzebne jest około 0,1 grama srebra. Wydobywa się je w Polsce, Meksyku, Chinach, Peru, Rosji, Australii, Boliwii oraz Stanach Zjednoczonych.
  • Tellur – stosuje się go w procesie produkcji ogniw polikrystalicznych, jest to pierwiastek umożliwiający efektywną zamianę energii cieplnej w energetyczną. Wydobywa się go w Australii, Kanadzie, Chinach, Stanach Zjednoczonych, Brazylii, Rosji, Peru czy w Niemczech.
  • Dwutlenek tytanu – stosowany w produkcji tanich i nieefektywnych ogniw słonecznych (często stosowanych w oświetleniu ogrodowym). Wydobywa się go w Chinach, Indiach, Australii, na Ukrainie, Brazylii, Kanadzie czy RPA.

Baterie:

  • Ołów – stosowany w bateriach starej generacji, wydobywa się go w Chinach, Australii, Peru, Stanach Zjednoczonych, Meksyku, Kanadzie czy Boliwii.
  • Lit – stosowany w bateriach nowej generacji, wydobywany przede wszystkim w Chile, Argentynie, Chinach, Australii, ale też w Czechach, Kanadzie, Stanach Zjednoczonych, Zimbabwe czy Rosji.

Chipy półprzewodnikowe (różnego rodzaju):

  • Arsen – pierwiastek ten jest szeroko stosowany przy produkcji półprzewodników, wydobywa się go głównie w Chinach i Chile, choć kopalnie arsenu są także w Maroko, Peru, Kazachstanie, Rosji, Belgii czy Meksyku.
  • Minerały boru – grupa 230 minerałów, z których tylko kilka jest szeroko stosowanych w produkcji półprzewodników, wydobywa się je przede wszystkim w Stanach Zjednoczonych, Turcji, Chile, Argentynie, Rosji, Peru czy Chinach.

Okablowanie, obudowa, pozostałe elementy, w tym pierwiastki i minerały używane przy produkcji:

  • Miedź – wykorzystuje się ją przede wszystkim do okablowania, ale także przy produkcji ogniw solarnych drugiej generacji (cienkich). Wydobywa się ją w Polsce, Brazylii, Chinach, Stanach Zjednoczonych, Peru, Australii, Rosji, Meksyku, Zambii czy w Kanadzie.
  • Boksyt – skała, z której pozyskuje się aluminium wykorzystywane w elementach konstrukcyjnych panelu, wydobywany jest w Australii, Brazylii, Chinach, Gwinei, Rosji, Wenezueli, Indiach czy na Jamajce.
  • Ruda żelaza – niezbędne do wyprodukowania stali, która służy jako szkielet oraz element konstrukcyjny panelu słonecznego. Wydobywa się ją niemal na całym świecie, w szczególności w Chinach, Brazylii, Australii, Indiach, Rosji, na Ukrainie, w Stanach Zjednoczonych, Szwecji, RPA czy Iranie.
  • Fosforyt – z którego pozyskuje się fosfor tworzący cienką warstwę przewodzącą. Wydobywany jest w Chinach, Stanach Zjednoczonych, Maroko, Saharze Zachodniej, Tunezji, Rosji, Jordanii, Izraelu, Brazylii, RPA czy Egipcie.
  • Węgiel – zostawiliśmy go na koniec, jednak w tym wypadku jest to jeden z ważniejszych pierwiastków i surowców. Węgiel stosowany jest przede wszystkim przy produkcji stali – do wytworzenia tony stali potrzeba mniej-więcej 800 kg węgla koksującego. Póki co nie ma absolutnie żadnych zamienników dla tego surowca przy omawianych zastosowaniach – przewiduje się, iż w przyszłości zamiennikiem może stać się wodór. Węgiel koksujący uznawany jest w Unii Europejskiej za strategiczny surowiec, a fotowoltaika bez jego spalania póki co ma bardzo ograniczone pole do rozwoju – żeby nie napisać, że tego pola nie ma. Na horyzoncie nie widać także żadnej metody na zastąpienie stali, prawdopodobnie więc węgiel zostanie z nami znacznie dłużej, niż można się tego spodziewać. Wydobywa się go w wielu państwach, między innymi w Polsce, Australii, Stanach Zjednoczonych, Turcji, Indiach i Chinach.

Zobacz także: Czy Polski Nowy Ład ruszy polskim rynkiem OZE? Poniedziałkowa awaria w Bełchatowie obnaża problemy polskiego systemu energetycznego

Turbiny wiatrowe

Metale i minerały potrzebne do produkcji turbiny wiatrowej

Do postawienia elektrowni wiatrowej potrzeba:

Fundamentu:

  • Kruszywo i tłuczeń – wykorzystywane przy produkcji betonu, wydobywane niemal na całym świecie.
  • Glina i łupek ilasty – wykorzystywane przy produkcji cementu, wydobywane niemal na całym świecie.
  • Gips – wykorzystywany przy produkcji cementu, wydobywany w Brazylii, Stanach Zjednoczonych, Pakistanie, Australii, Hiszpanii, Tajlandii, Niemczech, Włoszech Irlandii oraz na Jamajce.
  • Wapień – wykorzystywany przy produkcji cementu. Za 57% globalnej produkcji cementu odpowiadają Chiny, choć wapień wydobywany jest prawie wszędzie.
  • Piasek krzemionkowy

Elementów konstrukcyjnych:

  • Boksyt
  • Molibden – w tym wypadku wykorzystywany przede wszystkim jako stop w produkcji stali.

Elementów mechanicznych, w tym magnesów i baterii:

  • Kobalt – wykorzystywany przy produkcji stopów magnetycznych, wydobywany w Demokratycznej Republice Konga, Kanadzie, Zambii, Rosji, Australii, Chinach, Maroku czy w Brazylii.
  • Metale Ziem Rzadkich – wykorzystywane przy produkcji stopów magnetycznych, magnesów oraz baterii, a także jako katalizatory. Wydobywa się je przede wszystkim w Chinach, ale także w Indiach i Rosji oraz Brazylii, RPA, Uzbekistanie, Kirgistanie, Tadżykistanie, Kazachstanie, Tajlandii, Australii, Korei Północnej i Szwecji.

Okablowania, oprzyrządowania oraz pozostałych elementów, w tym pierwiastków, minerałów i procesów używanych przy produkcji:

  • Węgiel
  • Miedź
  • Ruda żelaza
  • Cynk – używany w procesie galwanizacji, szeroko stosowanym przy produkcji elektrowni wiatrowych. Wydobywa się go przede wszystkim w Chinach, Australii, Peru, Stanach Zjednoczonych, Kanadzie, Indiach, Meksyku i Kazachstanie.

Warto obserwować globalne zapotrzebowanie na wskazane przez nas minerały czy pierwiastki, bo potencjalnie każdy z nich może być punktem zapalnym ograniczającym lub zwiększającym tempo transformacji energetycznej – a wystarczy tylko jedno wąskie gardło, aby cały system działał znacznie wolniej i mniej efektywnie.

Zobacz także: Tydzień szczytów klimatycznych – UE i USA zwiększają cele redukcji CO2 do 2030 i 2050 roku

Sprawdź więcej artykułów i analiz

Więcej praktycznej wiedzy o inwestowaniu na giełdzie, takiej jak analizy, artykuły, czy portfele edukacyjne, znajdziesz w części premium serwisu StrefaInwestorow.pl. Kliknij tutaj, aby dowiedzieć się więcej.