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Così il ferro finisce... non con uno schianto, ma con un piagnisteo

Venerdì 8 Maggio 2009, 09:25 in Petrolio&Fossili di

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[Essendo stato chiamato in causa come resident expert, ecco qui alcune veloci considerazioni a proposito delle riserve di ferro. Il post è stato modificato rispetto alla versione originale, anche grazie al commento di Pippo , per chiarire meglio il problema.]

Chissà se T.S. Eliot avrebbe apprezzato questa parafrasi di uno dei suoi versi più famosi ...

Eppure  è esattamente quello che accade con le risorse minerarie: non finiscono con uno schianto, come nel caso della linea blu (produzione costante) o rossa (produzione in crescita del 2%/anno), ma passano attraverso un picco e si esauriscono lentamente (linea verde). La curva verde rappresenta un andamento puramente ipotetico della produzione di ferro con un aumento iniziale del 2% all'anno, come per la curva rossa.

Le tre curve sono caratterizzate naturalmente dal sottendere la stessa area, corrispondente alle riserve di minerale di ferro (iron ore) pari secondo le stime dell'USGS a 150Gt.  Con un'estrazione costante di 2,2 Gt/anno (produzione 2008), le riserve si esaurirebbero in circa 68 anni. Con una crescita esponenziale del 2% all'anno, finirebbero un po' prima, in circa 42 anni (Diederen calcola 48 anni perchè usa la produzione del 2007, mentre l'efficientissima USGS dispone già dei dati del 2008).

Peccato che si tratti di un semplice esercizio matematico; è fisicamente impossibile mantenere la produzione costante e a maggior ragione incrementarla fino all'esaurimento di una risorsa.

La teoria del picco di Hubbert afferma in sostanza che a un certo punto la produzione non può più crescere perchè il costo energetico di estrazione diventa troppo alto. Si iniziano a sfruttare i giacimenti più grandi, accessibili e di migliore qualità per poi finire a racimolare le briciole dei giacimenti più piccoli, collocati in luoghi ostici e con materiali di minore qualità.

Se l'andamento della produzione dovesse seguire la linea verde, potremmo  stare tranquilli, perchè il ferro durerebbe un po' più di 42 anni.

Peccato che l'estrazione di ferro cresca assai più del 2% all'anno...

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Dopo aver sonnecchiato per vari anni, nell'ultimo quinquennio la produzione di ferro è cresciuta in media all'incredibile ritmo del 13% all'anno, guidata dallo sviluppo cinese e indiano.

Dal momento che l'area sotto la curva è costante, se questa diventa più alta deve anche diventare più stretta (vedi il grafico qui sopra; la scala è cambiata, ma le curve rossa e blu sono le stesse del primo grafico)

In parole povere, il ferro potrebbe raggiungere il picco di produzione tra 10 anni, tornare ai livelli attuali tra  20 e crollare a livelli insignificanti tra 30. Dopo non sarebbe esaurito, ma i costi di estrazione sarebbero tali da renderlo una merce di lusso.

Il grafico non rappresenta naturalmente una predizione, ma solo un possibile scenario di quello che poterbbe avvenire.

Anche se il ferro dovesse durare più a luingo, il passaggio attraverso il picco non sarà certo indolore.

Abbiamo passato il picco del mercurio e del piombo senza accorgercene, perchè

  • sono stati trovati sostituti
  • la legislazione ambientale ne ha limitato l'uso riducendo la domanda in parallelo all'offerta
  • si è proceduto al riciclo.

Il primo punto non vale nè per il ferro, nè per il rame; il secondo sostanzialmente non si applica. Resta il riciclo, che rappresenta una risorsa importante.

Anche qui c'è però una cattiva notizia. Georgescu Roegen voleva chiamarla quarta legge della termodinamica: non è possibile riciclare i materiali al 100% e indefinitamente.

Ma questa è un'altra storia e si dovrà raccontare un'altra volta...

11
11 commenti
11
09 Mag 2009
alle 05:06

Guido

Bello il paragone tra energia e aria.

Per la crescita della produzione dell'oro, visto che ci sono stati altri picchi, direi che la tendenza generale per ora è alla crescita. Certo, se quello di questi anni è il definitivo lo sapremo solo in futuro...

In effetti il petrolio è legato all'EROEI che però essendo difficile da calcolare è un dato purtrtoppo molto vago. Ad oggi la convenienza dell'estrazione si misura in dolalri. Se spendo per estrarlo più di quanto vale, non lo faccio. Il punto è che il costo dell'estarzione dipende anche (in maniera credo piuttosto diretta, ma non ho dati a riguardo) dal costo dell'energia, che dipende a sua volta dal prezzo del petrolio!

Secondo me l'unica cosa certa è che per il futuro energia e materie prime a costi così bassi ce le sognamo. Resta da vedere come reagirà la società (o come sta reagendo, visto che c'è ci crede che la grave crisi che stiamo vivendo sia stata causata anche dagli alti prezzi delle materie primej del 2008).

 

10
08 Mag 2009
alle 23:50

Marco Pagani

Oggi sto facendo troppe cose alla volta e non ho il tempo per risistemare il post. Lascio comunque un breve commento.

Il caso dei minerali è più complesso di quello del petrolio, perchè l'energia (come l'aria) serve in continuazione, mentre i materiali (come il cibo) possono essere accumulati e entro certi limiti se ne può fare temporaneamente a meno.

Questo fa sì che i picchi di produzione dei minerali energetici (petrolio, gas, carbone) siano di solito singoli, mentre quelli dei minerali possono essere molteplici.

L'oro ad esempio è un materiale che ha pochissime applicazioni pratiche e viene impiegato per scopi artistici e "simbolici" (trovate un termine migliore per le riserve auree?). La sua estrazione non è quindi strettamente necessaria per la vita. Chiaro quindi che l'oro abbia registrato due picchi in corrispondenza delle guerre mondiali, più un altro picco meno spiegabile nel 1970. Nel 2000 c'è stato l'ultimo picco e la produzione è in costante diminuzione: da 2600 t a 2330 nel 2008. Non è quindi vero che non si è fermata la crescita della produzione. 

Si tratta di un picco "definitivo"? E' possibile, ma non si può affermarlo con certezza, perchè il valore delle riserve stimato con l'analisi della curva logistica è un po' più basso di quello dell'USGS, per cui l'oro potrebbe avere un ulteriore picco.

a mano a mano che si esauriscono i giacimenti a maggiore concentrazione, occorre sempre più energia per estrarre un kg di un dato minerale. Questo fa sì che la produzione rallenti e che il prezzo salga. Nel caso dei materiali non esiste un equivalente diretto dell'EROEI, per cui è difficile dire a quale punto si smetterà di estrarre una data risorsa, probabilmente quando il suo costo energetico e economico è troppo alto rispetto all'utilità percepita dalla società. In questo senso credo quindi che entrino in gioco sia variabili energetico-geologiche che quelle economico sociali.

A differenza del petrolio,è possibile sostituire alcuni minerali con altri: così è stato fatto per il mercurio che è sparito da termometri, barometri e altri strumenti, perchè si sono trovati senza difficoltà dei sostituti e non ci siamo nemmeno accorti di averlo esaurito (ne è rimasto più o meno il 5%).

Altri metalli, come il rame e il ferro, son invece di fatto insostituibili.

9
08 Mag 2009
alle 22:59

alessandro P.

Sia come sia la curva, è chiaro a tutti che l'area sottesa è la medesima, poichè l'area indica la quantità di risorse estraibili o sfruttabili. é anche chiaro che se ipotizziamo che si estragga con tecniche raffinatissime a quantità sempre costate una certa risorsa (a questo punto avrà una crescita esponenziale il costo di estrazione, ma tralasciamo volutamente), io avro nel caso ideale che al giorno -1 estraggo X tonnellate e al giorno 0 estrarrò 0 tonnellate.

Ora, con un minimo di intuizione, si può dedurre che questo comportamento è impossibile, e che l'andamento estrattivo è quello descritto da una curva "a campana", che non è "una", ma che ovviamente è diversa da risorsa a risorsa (i parametri per fittare tali comportamenti sono molti e variabili...). Sostanzialmente mi descrive la probabilità che ho di trovare una certa quantità di materiale, che si va rarefacendo nella mia zona di estrazione.

Quindi, il ferro, come tutte le risorse distribuite nella nostra crostra terrestre, avrà un andamento "hubbertiano".

Sarebbe divertente disquisire del perchè si seguano certi modelli, ma appunto hubbert spiega che -nel caso del petrolio - aumenta il costo ENERGETICO dell'estrazione. Quando per estrarre un barile di petrolio ne devo bruciare un'altro, tanto vale lasciarlo sepolto... Una cosa simile avviene anche per le altre risorse.

Ripeto, per fortuna esistono altre fonti inesplorate di metalli, noduli polimetallici appunto, e chissà quante altre miniere non ancora individuate, quindi credo sia meno preoccupante di altri picchi. 

 

8
08 Mag 2009
alle 21:32

Pippo

L'esempio dell'oro era fuori luogo, scusate.

Guido, la teoria di hubbert dice che una volta superato il picco non è più possibie estrarre più velocemente una risorsa... (aggiungiamoci a parità di mezzi tecnologici) tenuto conto che comunque anche se riesci ad aumentare per un po' significa solo che la discesa dopo sarà più ripida... Nel caso del petrolio americano la curva è sovrapponibile perchè si è estratto sempre alla massima capacità. Solo nel caso della formazione di un cartello o meglio un monopolio realmente indipendente dal potere politico sarebbe possibile prevedere un sottosfruttamento della risorsa, altrimenti la concorrenza e le pressioni politiche dei governi spingeranno per il massimo sfruttamento, sempre. 

La società deve permettersi un prezzo più alto per le materie prima, perché non ha scelta...  con le questioni economico sociali si può barare, con la geologia, no.

7
08 Mag 2009
alle 19:57

Guido

In realtà, dando un'occhiata a questo grafico, si vede che la maggior parte delle circa 140.000 tonnellate estratte fino a oggi sono concentrate nella seconda metà di questo secolo, l'oro estratto con le tecniche primitive nella storia dell'umanità credo sia quasi ininfluente sul totale.

La curva di Hubbert secondo me si sovrappone bene alla produzione di petrolio americano, perchè man mano che quello si esauriva veniva sostituito con il petrolio estratto nel resto del mondo ad un prezzo all'incirca costante. E' possibile che se non ci fosse stato altro petrolio disponibile la curva sarebbe stata diversa. Se il prezzo fosse salito, gli sforzi concentrati su quella risorsa averbbero fatto sì che la produzione non calasse, restanto costante o anche aumentando, fino a esaurire (o quasi) i giacimenti.

Resta da chiarire se la società può permettersi un prezzo più alto per le materie prime (forse no), ma a questo punto la questione è economico-sociale più che geologica.

Fermo restando ovviamente il punto che si tratta di risorse esauribili, e quindi destinate a finire.

6
08 Mag 2009
alle 19:02

Pippo

Ok, attendo il grafico corretto...

Comunque in pratica mi stai confermando quello che penso. La produzione del ferro non è facilmente paragonabile al petrolio americano, dove la curva di hubbert riesce a sovrapporsi senza tanti problemi. Io credo che il grafico di hubbert può essere usato solo se la risorsa è estratta sempre al massimo delle possibilità... ma questo non è automaticamente vero per ogni tipo di risorsa.

In ogni caso la teoria di hubbert è valida anche se a volte il grafico non si sovrappone... una volta superata la metà della risorsa disponibile non è più possibile estrarla ad un tasso superiore di quello che "potenzialmente" è possibile al picco.
Ma può accadere (ecco l'esempio dell'oro) che una risorsa è stata talmente sfruttata in passato con vecchi metodi in modo da superare la metà di quella disponibile, senza però essere stati in grado di arrivare alla massima capacità di estrazione.... Aggiungo che può anche capitare che chi estrae non ha l'interesse di estrarre alla massima capacità.
La teoria quindi rimane valida, ma non è applicabile "sempre" a tutte le risorse.

5
08 Mag 2009
alle 18:11

Guido

Più ci penso e più la teoria del picco mi sembra semplicistica.

Già non vale per l'oro, di cui è stato ben oltre il 70% senza che si fermasse la cerscita della produzione (ovviamente a fronte di un aumeno di prezzo).

Credo che la scarsità della risorsa ne determini un aumento di prezzo, che ne incentiva l'estrazione, di modo che si continua a prelevare come forsennati finchè questa non si sia quasi esaurita. Credo che la famosa campana, per le risorse senza possibili sostituti, sia più simile a un "dente di sega", con il picco molto spostato verso destra.

Esiste un esempio di risorse di cui si sia superato il picco senza che sia stato trovato un sostituto?

4
08 Mag 2009
alle 15:52

Gianluigi Filippelli

Carissimo Marco, hai inteso perfettamente il senso del mio intervento, addirittura chiarendolo!

Semplicemente grazie,

Gianluigi!

3
08 Mag 2009
alle 15:40

Marco Pagani

@ Pippo; hai ragione su entrambi i dubbi. Il grafico verde non è corretto perchè ho forzato una funzione che non era adatta. Sistemerò la faccenda.

Sul secondo punto: la produzione di ferro, dopo aver sonnecchiato per anni, nell'ultimo quinquennio ha avuto un'impennata con una crescita media del 13% annuo a causa del decollo economico di Cina e India. Questa discontinuità complica un po' il problema perchè non è possibile interpretare i dati con una sola curva di Hubbert, ma ne occorrono due.

In questo post ho fuso due discorsi che andavano tenuti separati:

  1. Il fatto che è molto improbabile avere una crescita del 2% all'anno una volta passato il picco, per un deterinato minerale;
  2. La situazione specifica del ferro: prima del picco sono possibili accelerazioni, ma si pagano poi con una decrescita ed un esaurimento più rapidi.

Mescolando i due discorsi ho creato un po' di confusione. Volevo usare l'esempio del ferro per illustrare il caso generale, ma l'esempio non era appropriato.

Ora vedo di risistemare le cose. Grazie per averlo segnalato

@ Gianluigi. Si potrebbe discutere se la "quarta legge" (nella formulazione ufficiosa di Georgescu Roegen) sia logicamente dipendente o indipendente dalla seconda. Sicuramente si ricollega alla seconda, almeno nell'interpretazione molecolare-statistica di Boltzmann. 

Serve in ogni caso come corollario per sottolineare che anche la materia è importante, e non solo l'energia e che i processi naturali (erosione, ossidazione, evaporazione ecc.) fanno sì che una parte dei materiali si disperda irrimediabilmente nell'ambiente e non possa più essere riciclato.

2
08 Mag 2009
alle 13:49

Gianluigi Filippelli

Ehm... Non serve una quarta legge della termodinamica per affermare che non si può riciclare indefinitivamente al 100%: basta la seconda e ricordarsi che, per quando efficiente, il riciclo è come tutte le cose umane... un ciclo irreversibile. Per il resto è assolutamente normale che tutto prima o poi finisca e una qualche generazione se ne deve occupare: forse è toccata a una delle attuali.

Gianluigi.

1
08 Mag 2009
alle 12:32

Pippo

Un paio di dubbi...

Stando ai dati che ho trovato su wikipedia stiamo messi molto peggio.

Innanzitutto non capisco perchè non hai fatto partire il grafico verde nello stesso punto degli altri due, ma più in basso.
Poi dal grafico verde sembra che attualmente l'aumento di produzione di partenza sia intorno al 2%, mentre l'anno scorso è stato del 10%.... forse dovresti spostare il grafico più a sinistra.

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