Брак сірчаної кислоти – наступна ресурсна криза, яка може уповільнити розвиток зелених технологій та загрожує продовольчій безпеці

Автори: Марк Маслін, професор наук про систему Землі Університетського коледжу Лондона; Саймон Дей, старший науковий працівник Інституту зменшення ризиків та стихійних лих Університетського коледжу Лондона.

Без сірки у вигляді сірчаної кислоти промисловості було б важко виробляти фосфорні добрива, які підвищують врожайність ферм, або видобувати основні метали, які використовуються у всьому: від сонячних панелей до акумуляторів електромобілів.

І все ж назріває проблема, яка залишається майже непоміченою. Понад 80% світового постачання сірки є продуктом відходів, видобутим з викопного палива, наприклад, нафти та природного газу (які зазвичай містять від 1% до 3% сірки за вагою), щоб зменшити викиди діоксиду сірки, газу, який викликає кислотні дощі.

Відмова від викопного палива для стримування кліматичних змін призведе до скорочення річних запасів сірчаної кислоти, оскільки попит на неї зростає. У світі вже використовується понад 246 мільйонів тонн сірчаної кислоти щорічно. Швидке зростання «зеленої» економіки та інтенсивного сільського господарства може призвести до збільшення попиту до понад 400 мільйонів тонн до 2040 року.

Відповідно до нашого останнього дослідження, швидке скорочення використання викопного палива, необхідне для досягнення чистих нульових викидів до 2050 року, може призвести до дефіциту сірчаної кислоти до 320 мільйонів тонн до 2040 року, або 130% поточного виробництва.

Ціни на сірчану кислоту зростуть, розпалюючи конкуренцію, в якій більш прибуткові галузі зелених технологій, імовірно, переможуть виробників добрив. Це збільшило б вартість виробництва харчових продуктів і зробило б їжу дорожчою для споживачів, особливо в країнах, що розвиваються, де фермери не можуть дозволити собі вищі витрати.

Важливий промисловий хімікат

Сірка міститься в широкому спектрі продуктів, таких як: шини, сірчані добрива, папір, мило та миючі засоби. Але найважливіше її застосування – це промислова хімія, де вона допомагає розкладати широкий спектр матеріалів.

Швидке поширення використання низьковуглецевих технологій, таких як: високопродуктивні батареї, легкі двигуни для транспортних засобів і сонячні батареї, значно збільшить видобуток корисних копалин, зокрема латеритних руд, які стають все більш важливими джерелами кобальту та нікелю. До 2050 року попит на кобальт може зрости на 460%, на нікель — на 99%, а на неодим — на 37%. Нині всі вони видобуваються за допомогою великої кількості сірчаної кислоти.

Водночас прогнозоване зростання чисельності населення та харчові тенденції також сприятимуть збільшенню попиту на сірчану кислоту з боку її найважливішого споживача – галузі виробництва фосфорних добрив.

За оцінками Геологічної служби США, існує майже необмежена кількість сульфатних мінералів в евапоритах (породах, утворених природним випаровуванням мілководних солоних морів чи озер), а також значні запаси сульфідів заліза й елементарної сірки у вулканічних відкладеннях, але доступ до них може вимагати розширення видобутку і переробки корисних копалин.

Перетворення сульфатів на сірку за допомогою сучасних методів споживає багато енергії і виділяє багато вуглецю. Видобуток сірки та переробка сульфідної руди можуть забруднювати повітря, ґрунт і воду, окислюючи поверхневі басейни та водоносні горизонти та викидаючи токсини, зокрема миш’як, талій і ртуть. А з інтенсивним видобутком завжди виникають проблеми з дотриманням прав людини.

Переробка та впровадження інновацій

На додаток до пошуку нових джерел сірки, не пов’язаних з викопним паливом, попит на сірку можна було б зменшити шляхом переробки й альтернативних промислових технологій, які уникають інтенсивного використання сірчаної кислоти.

Переробка фосфату зі стічних вод і перетворення його на добриво зменшить потребу в сірчаній кислоті для обробки фосфатної породи для добрив. Це також допомогло б усунути занепокоєння щодо того, що в довгостроковій перспективі у світі закінчиться фосфоритна руда. Це також зменшить кількість фосфору, що потрапляє у прісну воду та прибережні середовища проживання, спричиняючи масове цвітіння водоростей, яке може задушити інші рослини та рибу.

Переробка більшої кількості літієвих батарей від електромобілів також може допомогти. Розробка нових акумуляторів і двигунів, які менше покладаються на рідкісні метали, зменшить попит на сірчану кислоту для вилучення металів з їхніх руд.

Втрата меншої кількості відновлюваної енергії (наприклад, сонячної та вітрової) та збільшення її зберігання без використання акумуляторів, які потребують цих металів, зменшить попит на сірчану кислоту в той же час, що й попит на викопне паливо, та прискорить декарбонізацію. У майбутньому можна також виробляти велику кількість сірки з сульфатів шляхом культивування певних бактерій.

Щоб уникнути дефіциту сірки в майбутньому, національні та міжнародні нормативи можуть врегулювати майбутній попит, збільшити переробку та визначити альтернативні, дешеві джерела постачання, які вимагають мінімальних екологічних і соціальних витрат.

Стаття вперше була опублікована англійською мовою під назвою «Sulfuric acid: the next resource crisis that could stifle green tech and threaten food security» в журналі «The Conversation» 23 серпня 2022 р.

Переклали Олександра Гринчук, Ростислав Кашуба і Владислав Полігас.