Datum Date 2019-06-17 Avdelning, institution
Division, Department
Department of Physics, Chemistry and Biology Linköping University
URL för elektronisk version
ISBN
ISRN: LITH-IFM-x-EX--19/3710--SE
_________________________________________________________________ Serietitel och serienummer ISSN
Title of series, numbering ______________________________ Språk Language Svenska/Swedish Engelska/English ________________ Rapporttyp Report category Licentiatavhandling Examensarbete C-uppsats D-uppsats Övrig rapport _____________ Titel
Ekologiskt fotavtryck av metallerna i en smartphone/Ecological footprint of the metals of a smartphone Författare Jon Olerud Niklas Gullström Niklas Wesslander Robin Åstrand Victoria Söderqvist Nyckelord
Ecological Footprint, MCDA, Smartphone, Sustainability Sammanfattning
This bachelor thesis aims to decide the ecological footprint of a smartphone and examine the ways the production of a smartphone can be improved. This is done by examining the ecological and the social aspects that are related to the production of smartphones. We focused on the production of metals, because metals represent a major part of a smartphones environmental impact. Ten metals were chosen based on earlier studies regarding smartphones environmental impact. These metals were aluminium, lead, gold, cobalt, copper, lithium, nickel, palladium, silver and rare earth metals. To be able to evaluate the metals, a Multiple-Criteria Decision Analysis (MCDA) was done. Seven relevant aspects were chosen: i) problem at production ii) health risk iii) Job opportunities iv) recycling v) CO2 emission vi) use of land vii) use of water. For these aspects each metal was assigned a grade representing how critical the metal is regarding the specific aspect. The results show that land use and health risks when spillage in environment are the aspects where the metals have the highest negative impact. Further, several metals were critical when it comes to environmental impact. For instance, cobalt mining involves bad working conditions, gold production contributes to toxic spillage in the environment and lithium requires large quantities of water. Opportunities of improvement that have been identified is to further focus on recycling, improve the transparency regarding the manufacturing of a smartphone, as well as implementing life cycle assessment in the design of smartphones.
Sammanfattning
Detta kandidatarbete syftar till att bestämma det ekologiska fotavtrycket av en smartphone och undersöka de förbättringsmöjligheter som kan ske vid produktionen av en smartphone. Detta gjordes genom undersökning av de ekologiska och sociala aspekter som är relaterade till produktionen av smartphones. En viktig avgränsning har gjorts genom att endast inkludera produktionen av de metaller som finns i en smartphone. Detta har gjorts då metaller utgör en stor del av en smartphones miljöpåverkan. Vidare gjordes det ett urval på tio metaller, baserat på tidigare studier av vilka metaller som är relevanta i diskussionen kring miljöpåverkan av en smartphone. Dessa metaller är aluminium, bly, guld, kobolt, koppar, litium, nickel, palladium, silver och sällsynta jordartsmetaller. För att kunna utvärdera metallerna har det gjorts en Multiple-Criteria Decision Analysis (MCDA) där sju relevanta aspekter valts ut. För dessa aspekter tilldelas varje metall ett betyg som representerar hur kritisk metallen är sett till den valda aspekten. Summering av de tilldelade betygen visar att markanvändning och hälsorisk vid utsläpp i miljö är de aspekter där metallerna har högst negativ påverkan. Resultatet av detta kandidatarbete visar att det finns flertalet metaller som är kritiska sett till miljöpåverkan. Kobolt involverar dåliga arbetsförhållande, guldproduktion bidrar till toxiska utsläpp i miljön och litium kräver stora mängder vatten. Förbättringsmöjligheter som identifierats är att satsa ytterligare på återvinning, öka transparensen kring smartphonetillverkningen, samt undersöka implementering av livscykeltänk vid design av smartphones. Vidare diskuteras hur den snabba teknisk utvecklingen påverkar relevansen av att undersöka olika metaller, samt hur en tjänstefiering av hela smartphoneindustrin kan lösa många av de problem som uppstår vid produktion av smartphones.
Abstract
This bachelor thesis aims to decide the ecological footprint of a smartphone and examine the ways the production of a smartphone can be improved. This is done by examining the ecological and the social aspects that are related to the production of smartphones. An important limitation was done by only including the production of the metals that exists in a smartphone. This was done since metals represent a major part of a smartphones environmental impact Furthermore, a selection of ten metals was done, based on earlier studies regarding which metals are most relevant in the discussion about smartphones environmental impact. These metals are aluminium, lead, gold, cobalt, copper, lithium, nickel, palladium, silver and rare earth metals. To be able to evaluate the metals, a Multiple-Criteria Decision Analysis (MCDA) has been done. Here seven relevant aspects have been chosen. For these aspects every metal is assigned a grade representing how critical the metal regarding the specific aspect. Summation of the assigned grades shows that land use and health risks when spillage in environment are those aspects where the metals have the highest negative impact. The result of this bachelor thesis shows that there are several metals that are critical when it comes to environmental impact. Cobalt mining involves bad working conditions, gold production contributes to toxic spillage in the environment and lithium requires large quantities of water. Opportunities of improvement that have been identified is to further focus on recycling, improve the transparency regarding the manufacturing of a smartphone, as well as implementing life cycle assessment in the design of smartphones. Further, the rapid evolvement of technology and its influence on the relevance of certain metals is discussed, as well as how a shift to a service focused market within the smartphone industry can solve a lot of the problem that emerge in production of smartphones.
Innehållsförteckning
1. Sammanfattning... 1 2. Abstract ... 2 3. Introduktion ... 6 3.1 Bakgrund ... 6 3.1.1 Användning av smartphone ... 6 3.1.2 Miljödebatten... 6 3.1.3 Ekologiskt fotavtryck ... 7 3.2 Syfte... 7 4. Metod... 8 4.1 Urval av metaller ... 8 4.1.1 Varför metaller ... 8 4.1.2 Vilka metaller ... 8 4.2 Avgränsningar ... 94.2.1 Vad detta arbete inkluderar ... 9
4.2.2 Vad detta arbete exkluderar ... 9
4.3 MCDA ... 9
4.3.1 Generellt ... 9
4.3.2 Våra aspekter ... 10
5. Resultat ... 11
5.1 Innehållande metaller i smartphone ... 11
5.2 Generella metoder ... 12
5.2.1 Flotation... 12
5.2.2 Lakning ... 13
5.3.1 Aluminium... 13 5.3.2 Bly ... 25 5.3.3 Guld ... 31 5.3.4 Kobolt ... 39 5.3.5 Koppar ... 48 5.3.6 Litium ... 55 5.3.7 Nickel ... 59 5.3.8 Palladium ... 64 5.3.9 Silver ... 70 5.3.10 Sällsynta jordartsmetaller ... 76 5.4 MCDA ... 87
6. Analys och diskussion ... 88
6.1 MCDA ... 88
6.1.1 Problem vid produktion ... 88
6.1.2 Hälsorisk vid utsläpp i miljö ... 89
6.1.3 Utsläpp CO2-ekvivalenter... 90 6.1.4 Markanvändning ... 90 6.1.5 Vattenanvändning ... 93 6.2 Liknande studier ... 93 6.3 Förbättringsförslag ... 95 6.3.1 Transparens ... 95
6.3.2 Livscykeltänk vid design ... 96
4.3.3 Återvinning ... 97
6.4 Diskussion ... 99
6.4.2 Tjänstefiering av smartphoneindustrin ... 99 7. Referenser ... 102
3. Introduktion
3.1 Bakgrund
3.1.1 Användning av smartphone
Redan i början av 1990-talet lanserades de första smartphonemodellerna, dock utan större framgång (Islam & Want, 2014). Det berodde mycket på att de tekniska förutsättningar som fanns på den tiden var långt ifrån de förutsättningar som existerar idag, samt ett ointresse hos konsumenterna. År 2007 lanserade Apple sin iPhone, den första framgångsrika smartphonen, och året därefter lanserade Google sitt smarta operativsystem AOSP, numera känt som Android (Islam & Want, 2014). Dessa lanseringar revolutionerade mobilmarknaden och flyttade fokus från traditionella mobiltelefoner till smartphones. Sen dess har stort fokus legat på smartphones form och funktion.
Statista (2019) rapporterar att det 2019 kommer finnas 2,7 miljarder smartphoneanvändare i världen. Detta är en ökning med 1,2 miljarder användare sedan 2014 och antalet användare förväntas öka med ytterligare 200 miljoner till år 2020. Trendforce (2019) rapporterar att det år 2019 förväntas tillverkas drygt 1,4 miljarder smartphones, vilket är en minskning med 3,3% från år 2018. Författarna hävdar att denna nedgång beror på saknaden av stora tekniska genombrott, vilket kommer göra konsumenterna mindre benägna att ersätta sina nuvarande smartphones. År 2016 var intäkterna inom smartphoneindustrin värderade till nästan 422 miljarder USD enligt Statista (2018).
3.1.2 Miljödebatten
I och med ökande miljömedvetenhet i världen har frågan om hållbarhet och mobiltelefoner lyfts. Trots detta är det svårt att hitta entydig information om vilken telefon som är bäst ur en miljösynpunkt. Smartphones innehåller en stor mängd olika komponenter, med olika metaller i sig, som alla har olika stor påverkan utifrån olika sociala och ekologiska aspekter. Exempel på uppmärksammade metaller är litium och kobolt från batteriet, samt guld, silver och koppar i elektroniken.
Mängden forskning som gjorts på just miljöpåverkan och smartphones är ytterst begränsad. Frey, Harrison & Billet (2006) gjorde en analys av mobiltelefoners ekologiska fotavtryck. Eftersom detta skedde innan lanseringen av iPhone och AOSP bedöms detta inte representera mobiltelefoner eller smartphones som de ser ut idag. Wilhelm et al. (2015) publicerade en fallstudie angående mobiltelefoners sociala påverkan utifrån de material som används. Fairphone & The Dragonfly Initiative (2017) sammanställde en matris över en smartphones material och dess inverkan på några utvalda aspekter.
3.1.3 Ekologiskt fotavtryck
Vår planet har biofysiska gränser, detta är en viktig aspekt när det kommer till hållbarhet. Jorden är ett ändligt och stängt system som styrs av termodynamiska lagar som definierar gränser för våra naturtillgångar och avfallshanteringen (Mancini, Galli, Niccolucci, Bastianoni, Wackernagel & Marchettini, 2016). Trots detta minskar naturtillgångarna samtidigt som ekosystem och biodiversitet riskerar att försvinna som följd av överexponering. Detta beror främst på en ständig ekonomisk tillväxt, vilket leder till ökad efterfrågan av naturtillgångar.
1994 introducerade Mathis Wackernagel konceptet Ekologiskt fotavtryck som ett verktyg för att kunna föreställa sig och utveckla hållbarhetsarbetet. Ekologiskt fotavtryck skulle användas för att koppla samman sociala och ekologiska problem på global skala med individuella och institutionella beslut (Wackernagel, 1994). Detta betyder att Ekologiskt fotavtryck är en indikator för det tryck jordens biosfär har utsatts för samt utsätts för i nuläget av människan (Mancini et al., 2016). Fotavtrycket fungerar både som ett analytiskt och ett heuristiskt verktyg för att skapa förståelse för vilken påverkan mänskliga aktiviteter har på hållbarheter, samt som ett verktyg för att skapa medvetenhet och ett planeringsverktyg för beslutsfattande angående hållbarhet (Wackernagel, 1994).
3.2 Syfte
Syftet med detta kandidatarbete är att ta fram det ekologiska fotavtrycket av en smartphone. Detta sker genom att undersöka de metaller en smartphone är uppbyggd av och vilka effekter framställningen av dessa metaller har på omvärlden. Rapporten ska även diskutera hur denna produkt kan förändras för att bli mer hållbar. Fokus för detta arbete inkluderar den ekologiska
påverkan smartphones ger upphov till, samt den sociala aspekten. Detta för att konsumenter ska kunna fatta välgrundade beslut nästa gång de köper en smartphone.
4. Metod
4.1 Urval av metaller
4.1.1 Varför metaller
En smartphones ekologiska påverkan sker främst vid produktion och utvinning av materialet, snarare än under själva användningsperioden (Suckling & Lee, 2015; Islam & Want, 2014; Belkhir & Elmeligi, 2018; Ercan, Malmodin, Bergmark, Kimfalk & Nilsson, 2016). Miljöpåverkan, i form av koldioxid, av att producera en smartphone har enligt Suckling & Lee ökat ju mer avancerade smartphones blivit. Exempelvis innebar produktionen av en iPhone 6 mer än dubbelt så mycket i koldioxidutsläpp jämfört med en iPhone 4s. Emellertid är koldioxidutsläpp inte den enda miljöpåverkan som smartphones har runt om i världen. Utvinning och bearbetning av metallerna som finns i smartphones påverkar många andra ekologiska och sociala aspekter. Vi har därför valt att fokusera på metaller och det ekologiska fotavtryck som utvinningen av dessa skapar. Vi vill ge en bild av vilken typ av sociala och miljömässig problematik som smartphones bidrar till genom att undersöka metallerna som de består av. Enligt Suckling & Lee (2015) så fokuserar den största delen av litteraturen på utsläpp av växthusgaser och energiåtgång när kommer till miljöpåverkan av smartphones, framför allt de som publiceras för allmänheten. Att fokusera på metallers utvinning och dess negativa konsekvenser som inte är växthusgaser eller energiåtgång kan bidra till en djupare förståelse för smartphones ekologiska och sociala påverkan hos allmänheten.
4.1.2 Vilka metaller
Smartphones innehåller runt 75 olika grundämnen vilket innebär att ett urval är nödvändigt (U.S. Geological Survey, 2017a). Vi begränsade oss till tio metaller i telefonen. Metallerna valdes baserat på en kvalitativ förstudie där vi undersökte vilka metaller som vanligtvis nämns i diskussionen om smartphones och hållbarhet. Förstudien utgick från ett flertal källor och studier (Suckling & Lee 2015; Jenness, Ober, Wilkins & Gambogi, 2016; Mancini et al., 2016; Ercan et al, 2016; Gurita, Fröhling & Bongaerts, 2018; Szamałek & Galos, 2016).
De metaller vi har valt att fokusera på i denna rapport är aluminium, bly, guld, kobolt, koppar, litium, nickel, palladium, silver och sällsynta jordartsmetaller.
4.2 Avgränsningar
Då det berörda ämnet av detta arbete är brett och komplext så är det av största vikt att göra tydliga avgränsningar. Delvis för att det krävs för att få ett resultat inom den givna tidsramen för rapporten, också för att kunna behandla alla valda metaller lika och inkludera ungefär samma information om varje metall. Målet är att kunna ställa metallerna i en rättvis jämförelse mot varandra.
4.2.1 Vad detta arbete inkluderar
Det som inkluderas för varje metall är dess marknad, utvinningsprocesser, användning i smartphone samt vilka konsekvenser metallen har sett till sociala och miljömässiga aspekter. De sociala aspekterna behandlar främst arbetsförhållanden i gruvor samt förhållanden för folk boende i områden där metaller utvinns. De ekologiska aspekterna behandlar konsekvenser av miljön både lokalt och globalt.
4.2.2 Vad detta arbete exkluderar
Transport och ekonomisk hållbarhet exkluderas i detta arbete då det anses vara för komplext att undersöka samt varierande för olika geografiska förutsättningar. Återvinning berörs delvis för de metaller då det är central och kommer att diskuteras på en systemnivå samt separat för varje metall.
4.3 MCDA
4.3.1 Generellt
I syfte att ge läsaren en omfattande bild av de olika sociala och miljömässiga aspekterna kring metallerna i en smartphone har vi valt att använda oss av Multiple-Criteria Decision Analysis (MCDA). De Montis, De Toro, Droste-Franke, Omann, och Stagl (2000) beskriver MCDA och hur det skiljer sig från andra beslutsgrundande metoder i en artikel. Istället för att använda en enda monetär enhet för att utvärdera ett problem, som görs i en kostnad-nytta-analys, använder MCDA flera kriterier för att analysera problemet. Enligt De Montis et al. skriver att MCDA lämpar sig
särskilt bra om frågan som ska undersökas exempelvis innefattar motstridiga sociala och ekologiska mål. Därför används MCDA i stor utsträckning inom hållbar utveckling. Vi anser att MCDA är en bra metod för oss att använda eftersom problemet kring metaller i smartphones och deras utvinning innefattar ofta många olika aspekter ofta, bland annat ekologiska och sociala.
4.3.2 Våra aspekter
Tabell 1 nedan beskriver och definierar de utvalda aspekterna för MCDA i detta arbete.
Tabell 1 - Beskrivning av de åtta utvalda aspekterna för MCDA
Aspekt Definition av aspekt
Problem vid produktion Denna aspekt inkluderar de hälsorisker som uppstår vid produktion av metallen i fråga, samt övriga arbetsförhållanden såsom arbetsvillkor och regler. De som utsätts är främst arbetare och närboende.
Hälsorisk vid utsläpp i miljö Denna aspekt inkluderar de hälsorisker som uppstår när metaller samt restprodukter kommer ut i miljön.
Arbetstillfällen Denna aspekt handlar om den positiva
påverkan som de arbetstillfällen som skapas i samband med metallerna har. Detta påverkar människor lokalt samt nationer regionalt.
Återvinningsgrad Denna aspekt kretsar kring vilken grad
metallen i fråga återvinns samt återanvänds.
Utsläpp CO2-ekvivalenter Denna aspekt handlar om utsläpp av CO2-ekvivalenter i samband med framställning av metallen.
Markanvändning Denna aspekt inkluderar hur
och vilken påverkan detta får på människor och ekosystem.
Vattenanvändning Denna aspekt kretsar kring hur
metallframställning använder vattenområden och vilken påverkan detta får på människor och ekosystem.
5. Resultat
5.1 Innehållande metaller i smartphone
Tabell 2- mängd metall i en godtycklig smartphone
Metall Mängd Källa
Aluminium 25 g resp. 31 g.
Stor variation
Nogrady, 2016, Merchant, 2017
Bly 40 milligram Merchant, 2017
Guld 24 milligram Buchert, 2012
Kobolt 5–10 gram Frankel, 2016
Koppar 15 gram Nogrady, 2016
Litium 1,4 gram Jha et al, 2013, Ercan et al,
2016
Nickel 2,72 gram Merchant, 2017
Palladium 11 milligram Buchert, 2012
Silver 0,30–0,34 gram Buchert, 2012
REM 60–80 milligram Buchert, 2012
5.2 Generella metoder
I framställningen av flera av metallerna används samma typ av processer. Därför presenteras dessa separat för att undvika upprepning i senare delar av rapporten. Processerna som presenteras är flotation och lakning.
5.2.1 Flotation
Flotation är en av många metoder som kan användas när man framställer metaller (Nationalencyklopedin, 2019a). Metoden handlar om att utnyttja differensen i vätbarhet hos olika ämnen, hydrofoba och hydrofila, och har varit etablerad sedan 1910-talet. Enligt Nationalencyklopedin, 2019a så är flotation den viktigaste metoden inom bearbetning av mineraler. Processen går till som sådan att en blandning av partiklar mals till vad som kallas för slig och “suspenderas” i vatten. Därnäst blåser man i suspensionen för att skapa små bubblor. Själva blåsningen kan man göra på olika sätt och oftast utnyttjas en skumbildare för att effektivisera processen. De hydrofila partiklarna i blandningen väts och stannar kvar i den så kallade suspensionen medan de hydrofoba partiklarna fäster till luftbubblorna. Dessa bubblor stiger till ytan och avlägsnas. På detta sätt separerar man de olika ämnena. Flotation visas i
Figur 1. Denna metod används årligen för flera miljoner ton mineraler som innehåller bly, koppar, nickel, zink och fosfat (Nationalencyklopedin, 2019a).
Figur 1, visar hur flotation går till där hydrofila och hydrofoba partiklar separeras med luftbubblor i vatten (Nationalencyklopedin, 2019a)
5.2.2 Lakning
Lakning är en hydrometallurgisk metod för att utvinna metaller ur mineraler (Nationalencyklopedin, 2019b). Processen utnyttjar en kemisk reaktion mellan det fasta materialet och en vätska som kallas lakmedel för att få ut en eller flera beståndsdelar. För att ta fram guld används till exempel cyanid som lakmedel. Ett alternativ till lakning är rostning, men lakning undviker de luftföroreningar som rostning producerar (Nationalencyklopedin, 2019b).
5.3 Metallerna
Nedan presenteras information om de undersökta tio metallerna. Informationen utgår från vissa underrubriker som valts då de anses relevanta för analysen. Dessa behandlar användningsområde för metallen, hur metallen utvinns samt ekologiska och sociala konsekvenser av produktion av metallen.
5.3.1 Aluminium
Användningsområden
Aluminium är en mycket mångsidig metall som används i en mängd produkter inom alla områden i dagens samhälle, bland annat transport, byggnation, och elektronik (Balomenos, Panias,
Paspaliaris, 2011). Aluminium är en stark, lätt, formbar, korrosionsbeständig metall med hög elektrisk och termisk ledningsförmåga. Metallen används även i legeringar med andra metaller vilket ändrar dess egenskaper (Balomenos et al., 2011).
Historia om aluminium
Aluminium är det tredje vanligaste grundämnet i jordskorpan efter syre och kisel. I naturen förekommer metallen i bauxit, som innehåller en eller flera aluminiumhydroxidmineral, kisel-, järn- och tennoxider samt små koncentrationer av andra metaller. Trots att bauxit är vanlig så har aluminiumproduktionen på stor skala bara varit igång sedan slutet på 1800-talet. Då utvecklades två processer som tillsammans möjliggjorde omvandling av bauxit till aluminium på industriell skala. Bayerprocessen utvinner aluminiumoxid ur bauxit, och Hall-Héroult-processen framställer rent aluminium från aluminiumoxiden. Det har skett stora tekniska framsteg för energieffektiviteten inom processerna. Trots framstegen är både Bayer- och Hall-Héroult-processen principiellt de samma som för 100 år sedan och likaså de typer av miljöproblem som processerna medför (Balomenos et al., 2011).
Efterfrågan och marknad
Sedan massproduktionen satte igång för drygt hundra år sedan har efterfrågan på aluminium ökat explosionsartat. Enligt den femte utvärderingsrapporten från IPCC (2014) har efterfrågan på aluminium ökat med 400% sedan 1970 och förväntas öka med ytterligare 2–3 gånger till år 2050. Rapporten konstaterar att aluminium är idag den näst mest efterfrågade metallen i världen efter järn. IPCC skriver också att efterfrågan på aluminium överstiger den totala efterfrågan på alla andra icke-järnmetaller i världen. Sedan 1888 har ca en miljard ton aluminium producerats och 75% av denna används än idag (International Aluminium Institute, 2019b).
Användning specifikt i smartphone
Eftersom aluminium är starkt och lätt lämpar det sig väl för smartphones vars användare vill ha en tålig och lätt telefon. I en tidningsartikel av Nogrady (2016) publicerad på BBC:s hemsida specificeras att en smartphone innehåller ca 25 gram aluminium. Merchant (2017) undersökte en iPhone 6 för tidningen Vice och fann att den innehöll ca 31 gram aluminium, 24% av smartphonens vikt. Eftersom aluminium hittas främst i skalet av en smartphone så kommer mängden att variera
mellan olika modeller. En modell som har ett skal av exempelvis plast kommer ha betydligt mindre mängd aluminium i sig. Ofta är aluminiumet i smartphones en legering med andra metaller (Apple, 2019).
Utvinning - Geografisk spridning
Primär aluminiumproduktion kan delas upp i tre steg. Första steget är brytningen av bauxit, sedan produktion av aluminiumoxid, och sist produktion av primärt aluminium. Australien producerar mest bauxit i världen, 81 miljoner ton år 2014, följt av Kina och Brasilien (Figur 2).
Figur 2, visar de topp tio producerande länder av bauxit, råmaterialet som aluminium utvinns ur. Datan är för 2014, redovisas i tusentals ton (kt) och är hämtat från Wee (2017).
Den utvunna bauxiten görs till aluminiumoxid enligt Bayerprocessen. Totalt producerades 130 miljoner ton aluminiumoxid i världen år 2018. Den största producenten av aluminiumoxid är Kina, som uppskattades producera ca 72 miljoner ton aluminiumoxid 2018 (Figur 3) (International Aluminium Institute, 2019a).
Figur 3, visar världens totala produktion av aluminiumoxid 2018 i tusentals ton
Figur 4, visar produktionen av primärt aluminium i världen 2018 i tusentals ton. Hämtad från: Internation
Totalt producerades ca 64 miljoner ton primärt aluminium år 2018 (International Aluminium Institute, 2019c). Kina är även den största producenten av primärt aluminium i världen (Figur 4). Enligt uppskattade värden hämtade från International Aluminium Institute (2019c) producerade Kina drygt 20 miljoner ton primärt aluminium år 2018. Det är nästan fyra gånger så mycket aluminium som den näst största producenten i världen: Gulfstaternas samarbetsråd (GCC). Uppskattningen för Kinas och resten av världens (ROW) produktion är baserad på flera externa rapporter och analytiker, bland andra Aladdiny och CRU Group. Data hämtad International Aluminium Institute (2019c).
Produktionssätt
Aluminiumproduktion kan antingen vara primär eller sekundär. I primär produktion är det ingående materialet bauxit, som sedan förädlas till rent aluminium (BCS Inc, 2007). Det rena aluminiumet gjuts sedan till önskad form. Sekundär produktion har återvunnet aluminium som ingående material. Framställningen av primärt aluminium sker i två steg. Först genom Bayerprocessen som producerar aluminiumoxid från bauxit och sedan genom elektrolys av aluminiumoxiden enligt Hall-Héroult-processen (BCS Inc, 2007).
Primär aluminiumproduktion Utvinning av bauxit
Bauxit bryts nära ytan i så kallade gruvtäkter. När en lämplig plats för utvinningen har identifierats kan brytningen sätta igång. Bauxiten fraktas med lastbilar till fabriker där malmen görs till aluminiumoxid, restavfallet transporteras till en avfallsplats (National Research Council, 2002). Ett exempel på en bauxittäkt visas i Figur 5.
Bayerprocessen
Bayerprocessen som är den vanligaste metoden att framställa aluminium med, mer än 90% av all aluminiumoxid (Al2O3) i världen produceras med Bayerprocessen (Xue et al., 2016). Det krävs
mellan 1,9 och 3,6 ton bauxit för att producera 1 ton aluminiumoxid (Hind, Bhargava, Grocott, 1999) Processen sker i fyra steg och börjar med att utvunnen bauxit krossas och upplöses i natriumhydroxid under tryck och temperaturer upp till 270°C. Resultatet blir natriumaluminat (NaAlO2) och rödslam. I det andra steget separeras dessa och bara
natriumaluminatet fortsätter till nästa steg. I det tredje steget filtreras natriumaluminatet ut och kristalliseras till aluminiumhydroxidkristaller som går vidare till det sista steget, kalcinering. Där hettas aluminiumhydroxiden upp till drygt 1000°C vilket då förångar det kristallvatten som fanns i kristallerna, och kvar blir aluminiumoxid (Xue et al., 2016).
Rödslam
Rödslam består till största del av kisel- och järnoxid och är en restprodukt från det första steget i Bayerprocessen. Det bildas ungefär 1,5 ton rödslam per 1 ton aluminium, vilket innebär att ungefär 120 miljoner ton produceras varje år (Xue et al., 2016). Enligt Xue et al. (2016) fanns det drygt 3,5 miljarder ton rödslam i världen 2014. Rödslam är mycket basiskt, och innebär stora ekologiska risker. Det finns flera sätt att förvara rödslammet, exempelvis i konstgjorda bassänger som ses i Figur 6.
Figur 6 - en damm av rödslam utanför Stade i Tyskland (Boe, 2012).
Hall-Héroult-processen
Hall-Héroult-processen uppfanns nästan samtidigt av två oberoende forskare, Charles M. Hall och Paul Héroult. Processen utvinner aluminium ur aluminiumoxid (BCS Inc, 2007). Aluminiumoxid är ett salt som har hög smältpunkt (över 2050°C) och är kemiskt stabil. För att bryta de kemiska bindningarna och få fram rent aluminium krävs mycket energi (Kvande & Drablos, 2014). I en rapport av BCS Inc (2007) för U.S. Department of Energy beskrivs Hall-Héroult-processen i kapitel fem. BCS Inc beskriver visserligen amerikansk aluminiumproduktion, men Hall-Héroult-processen fungerar i princip likadant över hela världen (Norgate, Jahanshahi, Rankin, 2007). BCS Inc. skriver att processen görs i en elektrolytisk ”gryta” eller cell (se Figur 7). Cellen består av två kolelektroder, en anod (negativt laddad) och en katod (positivt laddad), och ett flytande bad av fluoridföreningar, mestadels kryolit (Na3AlF6). Kryoliten agerar både som elektrolyt och
lösningsmedel för aluminiumoxiden. Aluminiumoxiden matas ned med några minuters mellanrum av en så kallad ”Point Feeder” till badet som har en temperatur på mellan 950°C-980°C. En elektrisk ström mellan 60–500 kA förs igenom elektrolyten och den lösta aluminiumoxiden. Detta reducerar aluminiumoxiden till aluminium vid katoden och oxiderar syret till koldioxid vid anoden. Den höga temperaturen håller aluminiumet som bildas i flytande form så
det sjunker till botten av cellen där det sugs bort med jämna mellanrum. Processen producerar mellan 450–4 000 kg aluminium per dag med en renhet på ca 99,7 procent. Kolanoden konsumeras vid oxidationen, enligt BCS Inc går det åt ca 0,45 kg kol-anod för varje kilo aluminium. När kolanoden förbrukats byts den manuellt vilket kan innebära risker för arbetarna, särskilt om det finns fluorgaser i omgivningen (IPCC, 2014; Kvande & Drablos, 2014).
Anodeffekten
I rapporterna från BCS Inc (2007) och Kvande & Drablos (2014) beskrivs hur viktigt det är att koncentrationen aluminiumoxid i elektrolyten hålls runt 3%. BCS Inc och Kvande & Drablos skriver att om koncentrationen blir högre än fyra procent kommer en del aluminiumoxid inte lösa sig, sjunka till botten, och sänka cellens ledningsförmåga vilket leder till högre elförbrukning. Å andra sidan om koncentrationen hamnar under 2% så börjar själva elektrolyten reagera med anoden och bildar kolmonoxid och fluorgaser istället för aluminium och koldioxid (BCS Inc, 2007; Kvande & Drablos, 2014). Detta kallas för anodeffekten, eller anode effect. Fluorgaserna som bildas är vätefluorid (HF) och perfluorkolvätena (PFC) CF4 och C2F6. Alla dessa gaser är mycket potenta växthusgaser, CF4 och C2F6 har 100-åriga global warming potentials (GWP) på 6500 respektive 9200 gånger högre än koldioxid (Balomenos et al., 2011). BCS Inc, och Kvande & Drablos skriver att vätefluoriden kan renas i en process som kallas dry gas scrubbing eller torrskrubber på svenska. I torrskrubbern används aluminiumoxiden, denna kan sedan gå in i Hall-Héroult-processen igen. PFC:s kan inte renas på samma sätt utan släpps ut direkt i atmosfären.
Enligt Kvande & Drablos (2014) är det inte möjligt att mäta koncentrationen aluminiumoxid direkt i elektrolyten till följd av den höga temperaturen och systemets utformning. Däremot kan koncentrationen modelleras med hjälp av reglerteknik och datorer. Point feeder-teknik, alltså att mata ned små portioner av aluminiumoxid, har gjort det möjligt att bibehålla en jämnare koncentration. Datorer, reglerteknik, och point feeders har alla bidragit till att färre anodeffekter sker idag. Från att ha skett flera gånger dagligen kan celler gå i veckor, ibland månader, utan en anodeffekt.
Figur 7 - en schematisk bild över hur en typisk Hall-Héroult-cell. Högst upp syns inmatningen av aluminiumoxid. Elektrolyten beskrivs som ett ”bad” i figuren. Cellen är isolerad och inkapslad av stål. Figuren visar också en gasinsamling som tar hand om koldioxiden och andra gaser som bildas (Kvande & Drablos, 2014).
Sekundär aluminiumproduktion
Aluminium kan också produceras genom återvinning, då kallas det sekundärt aluminium. Ungefär en tredjedel av det producerade aluminiumet i världen är återvunnet (GARC, 2009). Denna process använder i bästa fall 4–6% av den energi (BCS Inc, 2007; IPCC, 2014) och släpper ut 5% av växthusgaserna (GARC, 2009) som primär aluminiumproduktion gör. Återvunnet aluminium delas ofta upp i termerna nytt och gammalt skrot. Nytt skrot uppkommer i produktionskedjan för aluminiumprodukter, exempelvis rester från utstansning. Gammalt skrot är det aluminium som återvinns från använda aluminiumprodukter. Enligt GARC (2009) var aluminiumskrotet 2009 cirka 50% nytt och 50% gammalt. Gammalt skrot måste ofta gå igenom tvättning och torkning innan det kan förenas med nytt skrot i smältugnarna (Blomberg & Söderholm, 2009). I sekundärt aluminium behöver det även tillsättas en del primärt aluminium. Denna tillsättning tillsammans
med förbehandlingen gör att sekundärt aluminium i praktiken använder mer än 4–6% av energin som primärt aluminium gör (IPCC, 2014). Efter att skrotet smälts ned kan det sekundära aluminiumet blandas med det primära och gjutas eller formas till önskad tillämpning (Blomberg & Söderholm, 2009; GARC, 2009). Blomberg & Söderholm samt GARC skriver att det inte är någon skillnad på primärt och sekundärt aluminium. Emellertid råder det skilda meningar om det. I Apples (2019) hållbarhetsrapport skriver författarna att det ackumuleras orenheter i vanligt sekundärt aluminium. Därför uppfann Apple en ny legering av aluminium som de menar kan återvinnas obegränsat antal gånger. Apple som är världens näst största producent av smartphones (Trendforce, 2019) rapporterade också att de sedan 2018 använt 100% sekundärt aluminium i skalen för datorerna MacBook Air och Mac Mini (Apple, 2019).
Produktionsskala
I en artikel av Kvande & Drablos (2014) beskrivs modern aluminiumproduktion och nya innovativa lösningar. Kvande och Drablos skriver att de byggnader där primär aluminiumproduktion sker kan vara över en kilometer långa, 50 meter breda och 20 meter höga. Författarna skriver att i modern aluminiumproduktion seriekopplas katoderna i en cell med anoden i en annan, mellan 100–400 celler kopplas samman på detta sätt och bildar en så kallad ”potline”. Strömstyrkan genom potlinen ligger på 300–600 kA. Produktionen är igång dygnet runt och den stoppas bara vid byte av kolanod. Moderna celler kan ha en takt på nästan 100 kg aluminium per timme.
Konsekvenser Miljöpåverkan
Aluminiumproduktion står för ca en procent av människans utsläpp av växthusgaser (GARC, 2009). De olika stegen i produktionen av primärt aluminium har olika typer av miljöpåverkan, exempelvis land-, vatten-, och energianvändning.
Water Scarcity Footprint
Genom att vikta vattenanvändning mot vattenbristen i det lokala området fås en mer rättvisandebild av hur vattenanvändningen påverkar lokalbefolkningen. Detta kallas för Water Scarcity Footprint (WSFP). Buxmann, Koehler, & Thylmann, (2016) utförde en sådan beräkning för primär
aluminiumproduktion. Författarna presenterade två värden, ett WSFP där de inkluderade Kina och ett där Kina exkluderades. Resultatet blev 18,2 kt H2O/kt Al inkluderat Kina, och 9,6 kt H2O/kt Al exkluderat Kina.
Bauxitutvinning
Bauxitutvinningen görs i täkter som påverkar miljön direkt genom markanvändning. Berglund & Johansson (2004) belyste hur bauxitutvinningen i Jamaica kopplas till skogsavverkning och hur detta leder till förlust av ekosystemtjänster. Författarna skriver att Jamaica har förlorat 75% av sin skog, och att bauxitutvinningen har varit en stor anledning till detta. Gruvtäkten konstrueras på direkt mark som kommer från att hugga ned skog, men Berglund & Johansson skriver att det finns en större indirekt påverkan på skogen. När en täkt påbörjas byggs det vägar till och från området. Vägarna underlättar för olaglig avverkning av skogen, och har enligt författarna varit den största bidragande delen till att Jamaicas skogar har påverkats så mycket.
Berglund & Johansson presenterar flera ekosystemtjänster som har påverkats av bauxitutvinningen. Produktion av färskvatten är en stor ekosystemtjänst som har påverkats negativt av bauxitutvinningen. Författarna skriver till exempel att mer än en tredjedel av landets flodområden har försvunnit. Biologisk mångfald är också en ekosystemtjänst som Jamaicas skogar bistår med, och som påverkats negativt av gruvtäkterna. Vid tiden för publikation hade skogarna 3200 kända blommande växter, 600 arter av ormbunkar, och 256 olika fågelarter. Författarna presenterade flera andra ekosystemtjänster som Jamaicas skogar bistod med. Dessa ekosystemtjänster var kolbindning, direkt material, arbetstillfällen, energi, och turism och rekreation.
Bayerprocessen och rödslam
Miljöpåverkan från bayerprocessen kommer främst från det rödslam som bildas när bauxiten löses i natriumhydroxid. Enligt Xue et al. (2016) uppgick mängden rödslam i världen till 3,5 miljarder ton där ca 120 miljoner ton produceras varje år. Om rödslammet inte neutraliseras har det ett pH > 12, dessutom innehåller rödslam spårämnen av toxiska metaller (Evans, Nordheim, Tsesmelis, 2012).
Rödslam kan lagras på olika sätt. När aluminiumproduktionen först satte igång dumpades slammet direkt i vattendrag men detta görs inte längre (Evans et al., 2012). Det var under lång tid vanligt att avfallet lagrades i konstgjorda bassänger eller sjöar. En sådan bassäng brast 2010 i staden Ajka, Ungern. Då forsade ca en miljon kubikmeter rödslam över närliggande städer och i vattendrag. Tio personer dog, över 100 skadades, och 800 hektar land täcktes med 5–10 cm rödslam (Ruyters, Mertens, Vassilieva, Dehandschutter, Poffijn, & Smolders, 2011). Det är den största ekologiska katastrofen i Ungerns historia (Ruyters et al., 2011). Industrin har emellertid gått ifrån att lagra rödslammet i bassänger och börjat torka rödslammet allt mer. Fördelarna med detta är att det går att lagra avfallet på mindre yta, det förenklar transport, och minskar risken för kontamination av närliggande områden (Evans et al., 2012). Rödslam används i viss utsträckning av andra industrier. Evans et al. (2012) uppskattar att 2–4,5 miljoner ton rödslam per år, endast 2–3% av årlig produktion, används av andra industrier. Evans et al. skriver att rödslam används i produktion av cement, järn, stål, vägar samt som byggnadsmaterial i exempelvis tegelstenar.
Koldioxid
Hall-Héroult-processen kräver stora mängder elektricitet, två tredjedelar av den totala elektricitet som krävs vid primär aluminiumproduktion (Balomenos et al., 2011). Vart elektriciteten kommer ifrån har stor inverkan på hur stora utsläppen från denna process blir. BCS Inc (2007) rapporterade om aluminiumproduktion i USA och koldioxidutsläppen från potlines i Hall-Héroult-processen. Enligt BCS Inc så var utsläppen 16,0 kg CO2/kg Al om elektriciteten kom från kolkraft. Om
elektriciteten däremot kom från vattenkraft så var koldioxidutsläppen nästan noll enligt BCS Inc. I dagsläget drivs primär aluminiumproduktion av kolkraft (53%), vattenkraft (38%), naturgas (8%), och kärnkraft (2%) (International Aluminium Institute, 2013). I Kina, som är världens största producent av primärt aluminium, var kolkraft energikällan för 90% av primär aluminiumproduktion (International Aluminium Institute, 2013).
Kolanoden
Hall-Héroult-processen släpper även ut andra växthusgaser. Främst fluorgaserna vätefluorid och PFC:s CF4 och C2F6 som tidigare nämnt är mycket potenta växthusgaser. Kolanoden förbrukas också vid framställningen av aluminium. Som tidigare nämnt konsumeras ca 0,45 kg kolanod per
kilo primärt aluminium som produceras. Kolanoden görs i de flesta fall genom en process som kallas ”prebaking” där återvunna kolanoder, kalcinerat petroleumkoks, och tjära som bakas i ugnar (BCS Inc, 2007).
Sociala aspekter Arbetstillfällen
Eftersom aluminiumindustrin är en av världens största metallindustrier så bistår den med direkta och indirekta jobb över hela världen. Exempelvis bistår aluminiumindustrin med 692 000 jobb i USA, varav 162 000 är direkta jobb (The Aluminum Association, 2019).
Varm arbetsmiljö
Kvande & Drablos (2014) beskriver arbetsmiljön för en potline i Hall-Héroult-processen. Kvande och Drablos skriver att eftersom det saknas ett inbyggt fläktsystem i cellerna för Hall-Héroult-processen gör de höga temperaturerna i denna process att omgivningen runt cellerna också blir hög. Därför är det viktigt med tydliga regler kring vätskeintag och snabba åtgärder ifall en arbetare börjar uppvisa symtom för värmeslag.
Hälsofarlig arbetsmiljö
När en anodeffekt sätter igång produceras PFC:s, enligt IPCC (2014) är dessa utsläpp i den omgivande luften skadlig för arbetare. Med färre anodeffekter bildas mindre PFC och hälsorisken för arbetarna inom primär aluminiumproduktion minskar.
5.3.2 Bly
Användningsområden Blyets historia
Bly är, tillsammans med koppar, silver och guld, en av de metaller som människan först började använda sig av. Troligen kände människan till metalliskt bly redan 5000 f.Kr. Babylonierna och romarna använde sig bland annat av blytavlor att skriva på med hjälp av metallpennor. Både i Grekland och Rom förekom bly i mynt, kokkärl och vattenledningsrör. Sådana vattenledningar är fortfarande förekommande ibland annat Storbritannien från den romerska tiden och i USA (Nationalencyklopedin, 2019d). United States Environmental Protection Agency (u.d.) menar att
amerikanska hus byggda innan 1986 använder med stor sannolikhet sig av vattenledningsrör gjorda i bly. I Sverige har blyglans brutits sedan slutet av 1400-talet medan blyframställningen började först under 1700-talet. I jämförelse med exempelvis järn och aluminium är bly sällsynt förekommande och är det trettiosjätte vanligaste förekommande grundämnet i jordskorpan (Nationalencyklopedin, 2019d).
Efterfrågan och marknad
Kina, Australien, USA och Peru är de länder där mest blymalm bryts. Utöver detta tillhör även dessa länder de största konsumenterna av ämnet. Statistik visar att Kina, världens största producent av ämnet, ser en tillväxt i mängden producerat bly medan listans andra, tredje och fjärde största producent (Australien, USA och Peru) ser en nedåtgående trend i mängden producerat bly. Därefter går det att urskilja en tillväxt gällande mängden producerat bly i Mexiko som är världens femte största producent. Summerat detta, tillsammans med världens andra producenter av grundämnet så syns det en tillväxt i totalt antal producerat ton bly mellan åren 2008 och 2012 enligt Index Mundi (2019). Den totala ökningen av koncentrerat bly mellan dessa år var 1 290 000 ton (Index Mundi, 2019).
Kina är i dagsläget ett av världens ledande länder i smältning av bly. Detta till stor del tack vare landets blyresurser och låga arbetskraftskostnader. Landet är världens största producent och även konsument av bly, vilket har bidragit till en stor minskning av tillgångarna av metallen i landet, samtidigt som stora mängder av den också släppts ut i miljön (Zhang, Yang, Li, Li, H., Wang & Ye, 2012).
Reglering och lagar köp/sälj/export
Inom EU är det sedan 2000 förbjudet att använda tetraetylbly som bensintillsatts. Detta är sedan år 2011 endast tillåtet i ett fåtal länder (Naturvårdsverket, 2019). För att en smartphone ska bli tilldelad en CE-märkning får viktandelen bly i en smartphone inte överskrida 0,1% (Phys.org, 2017).
Blyets funktion i en smartphone
Många smartphones och andra elektroniska produkter innehåller en liten mängd bly. I och med att det i dagsläget finns en väldigt stor mängd elektroniska produkter i världen summeras däremot detta till en mer betydande mängd. Med anledning till detta har EU, USA och andra länder valt att begränsa viktandelen bly som tillåts i en produkt för att den ska bli tilldelad en CE-märkning till 0,1%. Om det inte går att använda alternativa metaller istället för bly i en produkt, kan undantag göras och CE-märkning tilldelas även om viktandelen överskrider 0,1%. I smartphones idag används bly vanligtvis i tryckkänsliga sensorer, s.k. piezoelektriska sensorer. Sådana sensorer omvandlar det mekaniska arbetet som uppstår när materialet deformeras till elektricitet. (Phys.org, 2017)
Szamałek & Galos skriver i artikeln Metals in Spent Mobile Phones (SMP) – a new challenge for
mineral resources management (2016) att i en mobiltelefon används bly framförallt till
kondensatorer och resistorer. I artikeln fortsätter artikelförfattarna beskriva att bly spelar en viktig roll i en mobiltelefons funktion, även om telefonen inte innehåller stora viktandelar bly.
Utvinning
Geografisk spridning
I USA bryts ämnet allt mindre men landet befinner sig även i toppskiktet bland världens producenter och är världens tredje största producent följt av Mexiko. Världens största producent av brutet bly är Kina och därefter Australien (U.S. Geological Survey, 2017b).
Storlek av utvinning
I tabellen nedan redovisas de största producenterna av bly år 2015 och 2016 samt även en skattning av hur mycket bly som finns kvar att bryta i respektive land. Siffrorna i Tabell 3 redovisas i tusentals ton.
Tabell 3 - Världens största producenter av bly 2015 och 2016 samt en skattning av producentlandets blyreserver. Siffrorna redovisas i tusentals ton. (U.S. Geological Survey, Mineral Commodity Summaries, 2017b)
Gruvproduktion (2015)
Gruvproduktion (2016)
USA 367 335 5 000 Australien 652 500 35 000 Bolivia 82 80 1 600 Kina 2 340 2 400 17 000 Indien 136 135 2 200 Iran 41 41 540 Irland 33 33 600 Kazakstan 41 41 2 000 Nordkorea 35 35 NA Makedonien 33 33 600 Mexiko 254 250 5 600 Peru 316 310 6 300 Polen 37 40 1 600 Ryssland 225 225 6 400 Sydafrika 41 40 300 Sverige 76 76 1 100 Turkiet 74 75 860 Övriga länder 170 170 1 500 Totalt (avrundat) 4 950 4 820 88 000
Enligt Nationalencyklopedin, (2019d) uppskattas världens blyresurser till 1,5 miljarder ton och blyproduktionen i världen var år 2009 8,7 miljoner ton varav 3,9 av dessa var genom primärproduktion.
I artikeln Reducing the greenhouse gas footprint of primary metal production: Where should the
focus be? skriver artikelförfattarna Terry Norgate och Sharif Jahanshahi, (2007) att mellan åren
2010 och 2030 kommer produktionen av bly växa med ungefär 2,7% per år. Den tillväxten är något mindre än den som skedde mellan 2000 och 2009 vilket var 2,9% årligen (Norgate & Jahanshahi, 2007)
2016 sekundärproducerades 1 070 000 ton bly, vilket motsvarar 69% av USA:s inhemska konsumtion. I princip allt återvunnet bly härstammar från skrot, mestadels blybatterier (U.S. Geological Survey, 2017b).
Brytningsprocessen
Bly utvinns från brutna mineraler från gruvor. Det finns huvudsakligen tre mineraler som bryts för framställningen av bly vilka är anglesit, blyglans och cerussit. Dessa mineraler återfinns vanligtvis i samma områden och gruvor som silver och zink (Ponikvar & Goodwin, 2019). Denna blyhaltiga malm är råmaterialet i processen. Malmen grovkrossas och behandlas i anrikningsverk. Där mals malmen i stora kvarnar så att mineralkornen frigörs från gångbergarten. Därefter används flotation för att skilja de olika mineralerna åt och sedan avvattnas genom filtrering och torkning. Detta s.k. blyslig består till 75 viktprocent av bly. Vid Boliden Mineral AB:s smältverk framställs metalliskt bly ur blysligen som blandas med en kalksten som fungerar som slaggbildare. Därefter rostas och sintras. Under sintringen bildas flyktiga oxider som avskiljs. Med en rostreaktion smälts sintern i en ugn under tillsättning av kalksten och koks. I slutet av processen reduceras blysulfiden och blysulfaten ytterligare till metalliskt bly. Det metalliska blyet avtappas form av råbly, det vill säga smält form (Nationalencyklopedin, 2019d).
Själva brytningsprocessen av bly är enligt Norgate et al. (2007) en relativt energisnål process och den totala energiförbrukningen från malm till färdigt råbly till fabrikskund (”cradle-to-gate”) är 20-32 MJ/kg. I relation till exempelvis aluminiumproduktion är kräver blyproduktionen 179-191 MJ mindre energi per producerat kg råmetall (Norgate et al., 2007).
Riskanalys
En studie gjord av Qu, Ma, Yang, Liu, Bi & Huang, (2012) har analyserat tungmetallsutsläpp i Kina och vilken inverkan en närliggande blygruva har på befolkningen bosatt i området. Det visade sig att brytningen av metallen spelar en betydande roll. Studien visar att metallutsläpp utgör en stor risk och påverkat lokalbefolkningens hälsa negativt. Studien har analyserat mängden bly i håret på invånarna i tre olika byar, där den by närmst blygruvan uppmätte 8,14 mg/kg mer bly i håret. Studien uppskattar att intaget av bly har skett genom konsumtion av egenproducerade grödor.
Dessa grödor har i sin tur tagit upp bly från den förorenade jorden de odlats i samt genom de bly som funnits i luften (Qu et al., 2012).
Gruvindustrin är idag en viktig del av världsekonomin. Dock är brytningen och smältningen av bly och zink är även en av världens största källor till tungmetallsföroreningar enligt Zhang et al. (2012). Enligt artikeln är Kina en av världens ledande producenter av bland annat bly, och en stor andel bly har släpps ut i naturen som en konsekvens av mineralbrytningen. Författarna skriver att det släpps ut 357 till 857 miljoner kg bly i naturen varje år. Det uppskattas att det historiskt (de senaste 5 millennierna) släpps ut ungefär 300 miljoner ton bly i miljön, där majoriteten av utsläppen har skett de senaste 500 åren. Från 1980 började USA och andra utvecklade länder förbjuda och kontrollera användningen av bly i bensin till bilar, svetsning och elektroniska produkter. Sedan dess har studier sett minskade värden av bly i blodet hos människor. I länder som Kina är bly-relaterade sjukdomar fortfarande ett aktuellt problem. Blyutvinning förorenar jorden, och på vissa platser i Kina är jorden så förorenad av tungmetaller att den inte längre är god nog för jordbruk. Blyförorenade jordar har färre näringsämnen och mikrobiell aktivitet än oförorenade. Färre näringsämnen och lägre mikrobiell aktivitet hämmar tillväxt av plantor och grödor. Alkaliserade jordar har en högre motståndskraft mot blyföroreningens spridning delvis. (Zhang et al., 2012).
Konsekvenser
Miljöpåverkan och påverkan på människan och andra levande organismer
Bly har ingen biologisk funktion och ackumuleras i människokroppen och andra biologiska vävnader. Dagligen tar människan upp cirka 0,1 milligram bly genom bland annat mat (Royal Society of Chemistry, 2019).
Bly är en tungmetall som är giftig för människor och andra organismer. Småbarn, foster, gravida kvinnor och äldre är speciellt känsliga för blyförgiftning och exponering av mycket låga doser kan ge skador på nervsystemet, skelettet, cirkulationssystemet, enzymsystemet, endokrina systemet och immunförsvaret. Utöver detta kan blyexponering, enligt Zhang et al. (2012), leda till lägre IQ samt hämma utvecklingen hos foster. Exponering av bly skadar de röda blodkropparna och kan resultera i blodbrist (Naturvårdsverket, 2019; Zhang et al., 2012). Bly är även ett cancerogent ämne (Lim & Schoenung, 2010).
Genom utsläpp vid mineralbearbetning och förbränning släpps bly till naturen. Bly kan också förorena naturen från jaktammunition och fiskesänken. Bly återfinns i ytjordar och sediment ofta hårt bundet till organiskt material. Både växter och djur binder blyjoner till enzymers fosfat- och sulfhydraylgrupper. När detta sker inaktiveras fosfat- och sulfathydraylgrupper hos den påverkade organismen. Om detta sker i växter kan detta störa fotosyntesen och hämmar bildningen av livsviktiga ämnen som ATP och klorofyll (Ponikvar & Goodwin, 2019).
Även i Sverige har blyföroreningar orsakat problem för det svenska djurlivet. Sveriges Television (SVT) meddelade 2018 att blyammunition orsakar död hos kungsörnar. Örnarna får i sig bly från det slaktavfall jägarna lämnar efter sig och från skadeskjutna djur. SVT menar att det räcker att örnarna får i sig en mycket liten mängd bly för att dessa ska förlora sin flygförmåga och därmed dö av svält (SVT, 2018). Naturvårdsverket rapporterar även (2019) att bly kan skada nervsystemet hos djur (Naturvårdsverket, 2019).
Sociala aspekter
Effekterna av blyföroreningar i framförallt Kina, leder inte bara till hälsoproblem för befolkningen i de utsatta områdena utan också till sociala problem i form av konflikter och dispyter mellan befolkningen och de ansvarande gruvbolagen. (Zhang et al., 2012)
5.3.3 Guld
Användningsområden Guldets historia
Guld är ett ämne som människan känt till sedan antiken och som uppskattats tack vare sin skönhet och förmåga att bestå. Även guldets unika och vackra färg är en faktor som bidragit till guldets höga värde (Butterman & Amey, 2005). De äldsta guldföremålen som människan känner till hittades i en 6 400 år gammal grav i Bulgarien (SGU, 2009). Butterman & Amey (2005) beskriver att detta i kombination med att guld är ett grundämne vi människor inte kan framställa artificiellt, gör att efterfrågan är permanent hög. De skriver att den första mängd guld som togs fram tros ha framställts från grus som är funnet på botten av en forsbädd, där guldet återfanns i gedigen form.
Det krävdes då ingen avancerad metod eller några verktyg för att få fram guldet (Butterman & Amey, 2005). Idag är reserverna och kvalitén på malmen inte densamma och det krävs därför mer effektiva metoder för att guldutvinning ska vara fortsatt lönsamt (Sveriges Television, 2019a).
Idag är guldet centralt i debatter kring långsiktig miljöpåverkan och metoder för att utvinna guld ifrågasätts ofta. Påtryckningar och krav från omvärlden leder guldindustrin mot ett mer hållbart arbetssätt (Mudd, 2007). De mest kritiska momenten i guldutvinningen anses vara användning av vatten, energi och kemiska ämnen som resulterar i toxiska föroreningar (Mudd, 2007). En stor debatt är även huruvida de stora aktörerna tar ansvar för aktiviteter som bidrar till ekologiska och sociala problem (SVT, 2019a).
Efterfrågan och marknad
Ungefär 90% av allt guld som utvinns går direkt till diverse produktioner som smycken och elektronik. Butterman & Amey (2005) beskriver hur de resterande 10% tillhandahålls i ren form av privata investerare och används som monetära reserver. Användningen av guld som pengar eller ekonomisk uppbackning har varit viktig i många år men har under de senaste åren avtagit för industrialiserade länder. Under 5000 år, fram till långt in på 1900-talet ansågs detta vara det enda erkända användningsområdet för guld. De skriver även om elektronikindustrin som istället är ett användningsområde som tagit fart i modern tid och expanderat i snabb fart. Guld har fått en stor betydelse i branschen och dess unika egenskaper spelar en viktig roll.
I samma rapport skrivs att sett till vikt så går 85% av totala guldutbudet till smyckesindustrin. Marknaden värderades till 22 miljarder USD år 2001. Inkluderas även den växande marknaden för sekundärt guld som är återvunnet, så stiger denna värdering till hela 34 miljarder USD för år 2001 (Butterman & Amey, 2005). Marknaden för guld är dock komplex och det är inte alltid tydligt vad som driver priset för guld. Exempelvis finns det både en marknad för köp och sälj av fysiskt guld, men det finns också en marknad där man handlar med papper som behandlar prognoser för guldpriset. Det spekuleras alltså på gulds värde på samma sätt som aktier på börsen (SVT, 2019a).
Reglering och lagar av köp och sälj
I samband med en exponentiell prisökning av guld så blev många intresserade av att handla med grundämnet. I en dokumentär av Sveriges Television beskrivs hur bland annat kriminella grupper gått från att handla med narkotika till att handla med guld då det helt plötsligt blev mer lönsamt. Även militära trupper har blivit operativa inom guldutvinning då det krävts för att kunna hantera de höga kostnaderna som tillkommer vid upprätthållande av vapen. Ett land där detta var aktuellt för i början av 2000-talet var Kongo-Kinshasa. Krig styrde de ekonomiska strategierna och guldhandeln försörjde krig som ledde till miljontals dödsoffer. När detta uppmärksammades så blev USA inblandade och skapade en stor debatt. Som konsekvens av detta skrev USA:s dåvarande president Barack Obama under en lagändring som sade att USA inte skulle köpa guld av Kongo då man inte ville stötta de olagliga krigsverksamheterna (SVT, 2019b).
Guldens funktion i smartphone
Som tidigare beskrivet så spelar guldet en stor roll i modern elektronik till följd av dess unika egenskaper (Butterman & Amey, 2005). Guld är en mjuk men tung ädelmetall som har en hög smält- och kokpunkt på över 1000 grader Celsius. Metallen är tålig mot kemikalier och påverkas inte av luft eller vatten. Det enda som kan lösa upp ämnet är kungsvatten (en blandning av salpetersyra och saltsyra) eller cyanid, därav är cyanidlakning en använd metod (SGU, 2009). I en smartphone hittar du guld i mönsterkortet, även kallat PCB. Total mängd i en smartphone uppskattas till 24/30 mg (Buchert, 2012).
Att återvinna guld från smartphones är fullt möjligt. Den relativt stora mängden guld och silver i smartphones utgör ett viktigt incitament till att återvinna dem och är enligt Buchert (2012) en viktig drivkraft i strävan efter att nå en högre återvinningsgrad.
Utvinning av guld Geografisk spridning
Det finns totalt 94 länder som är operativa inom guldutvinning (Butterman & Amey, 2005). År 2007 så framställdes 2340 ton guld (Reller, Bublies, Staudinger, Oswald, Meißner, & Allen,
2009). Sydafrika var under många år den största producenten av guld varpå USA var näst störst (Butterman & Amey, 2005). På senare år har dock Kina expanderat sin guldproduktion och tog över platsen som världens största producent år 2007 och har sedan dess varit bland de största (Reller et al., 2009). Även Australien är en stor exportör som håller sig högt på topplistan.
Under 80-talet var Kalifornien centrum för guldproduktion och stora investeringar gjordes. Mellan 1980 och 1997 investerades totalt 16 miljarder USD på den amerikanska guldproduktionen (Thompson, 1998). Stort fokus låg på de största 8 aktörerna som tillsammans stod för 77% av landets totala guldproduktion (Butterman & Amey, 2005). Från 1980 till 1990 så tros guldproduktionen i världen fördubblats där USA var en stor del av denna ökning (Marsden & House, 2006).
Småskalig guldgrävning finns runtom i hela världen. År 2014 uppskattades det att totalt 15 miljoner människor arbetade med småskalig guldgrävning i U-länder. Av dessa 15 miljoner var 3 miljoner barn och kvinnor (Gibb & O’Leary, 2014). En uppmärksammad plats är Madre de Dios som är en flod i Perus regnskog (SVT, 2019b). Hit reser tiotusentals människor i hopp om att de ska kunna ta sig ur fattigdom genom att finna guld. På denna plats släpps det ut 40 ton kvicksilver varje år och arbetarnas lön räcker endast till skolgång för barn och mat för dagen.
Det finns inga gruvor i Dubai men staden spelar en viktig roll i handeln av guld. En fjärdedel av allt guld som framställs passerar Dubais gränser på ett eller annat sätt (SVT, 2019b). Därför är företagen och de elva raffinaderierna i Dubai viktiga aktörer och beslutsfattare gällande vilka krav man ställer på guldets ursprung.
Storlek på utvinning
Det finns en global spridning av storlek på gruvverksamheter där vissa klassas som småskalig utvinning och andra storskaliga. 90% av den totala mängd som framställs varje år kommer ifrån stora gruvor samtidigt som 90% av alla som arbetar med guldutvinning arbetar småskaligt (SVT, 2019a). I Ghana legaliserades småskalig guldutvinning år 1989 vilket tillkom både positiva och negativa konsekvenser (Hilson, 2002). Ökat antal arbetstillfällen och ökad nationell välfärd var de största fördelarna med lagändringen (Hilson, 2002). Dock bidrog denna expanderade guldutvinning till kvicksilverföroreningar i både luft, vatten och land och förstörelse av
jordsammansättningen (Hilson, 2002). De mindre guldgruvorna saknar oftast modern utrustning och ordentliga säkerhetsrutiner (SVT, 2019b)
Brytningsmetodik och tillhörande processer
Människan har haft kunskap kring guldutvinning i flera tusentals år men metodiken för hur guld utvinns har inte alltid varit lika optimerad och effektiv som den är idag. Exempel på metoder som funnits i över 100 år är gravitationskoncentration, sammanslagningar, cyanidutlakning, klorering och träkolsabsorption. Vissa av dessa används än idag, och de övriga som inte används ligger på något sätt till grund för moderna metoder som man använder idag (Marsden & House, 2006). Ett stort genomslag skedde kring 1972 då priset för guld gick från att vara förbestämt till att få anpassa sig till marknaden (Marsden & House, 2006). Detta möjliggjorde finansiering till innovation och den tekniska utvecklingen fick tillåtelse att blomma (Marsden & House, 2006). Guldpriset slog rekord år 1980 då genomsnittspriset låg på 614 USD per uns och under några av dessa dagar nådde priset 850 USD per uns (SGU, 2009). Mellan 1980 och 1990 så effektiviserades processer och den globala guldproduktionen ökade med 50% (Marsden & House, 2006).
Hydrometallurgiska tekniker är basen för de flesta guld-utvinningsprocesser. De vanligaste metoderna som baseras på denna teknik är urlakning, lösningsrening och koncentration (Marsden
& House, 2006). Idag är den mest använda metoden för guldutvinning cyanidlakning, en metod som är väl lämpad för storskalig guldproduktion (SVT, 2019a). Denna metod innebär att stora mängder cyanidlösning blandas med malm för att få fram guld. Mer detaljerat tas malmen och finkrossar och sedan sker framställning genom vaskning eller flotation. Därefter tillsätts natriumcyanid som reagerar med malmen och guldet löses upp. Det var under 1900-talet som cyanidlakning övergick till att bli den vanligaste metoden för guldutvinning (Marsden & House, 2006). Innan dess så var det framställning med kvicksilver som var absolut vanligast. Idag används kvicksilver sällan i stora produktioner men i mindre skalor så finnes kvicksilver både uppe i bergen i Kina och i regnskogen i Peru (SVT, 2019b).
En betydelsefull upptäckt och utveckling av guldutvinning gjordes av Fraser Stoddart, nobelpristagare i kemi år 2016. Han har utvecklat en ny metod att ta fram guld med hjälp av väteperoxid och majsstärkelse. Denna metod möjliggör guldutvinning utan närvaro av det toxiska cyanidet och ingen avfallsdamm skapas (SVT, 2019a).
Produktionen av guld kräver enorma mängder vatten, vilket varierar beroende på produktionens storlek och utvinningsmetod (Norty et al., 2014). Enligt Norty et al. (2014) och Norgate & Haque (2012) så kräver ett ton producerat guld ca 260 000 respektive 273 000 ton vatten. Det är över 100 till 1000 gånger mer vatten än alla andra metaller kräver (Norgate & Haque, 2012), som t. ex koppar som enligt Norty et al. (2014) kräver runt 100 ton vatten per producerat ton koppar.
Reglering och restriktion av utvinning
Sedan 2011 har man infört fair-trade märkning av guld (SVT, 2019b). Detta innebär att det krävs dokumentation av guldets utvinning och transport från start till slut. Detta möjliggör för både juvelerare och slutkonsumenter att kunna se vart varje gram av guldet kommer ifrån och kan då ta ett informerat beslut köpet.
År 2013 skrev 91 nationer på Minimatakonventionen som syftade till att minska världens kvicksilverutsläpp (SVT, 2019b). Följden av detta avtal var att i princip alla småskaliga guldgruvor blev olagliga och numera opererade illegalt. Stora polisinsatser gjordes där man invaderade illegala läger och brände upp verktyg och tält och andra tillhörigheter som möjliggjorde guldutvinningen. Detta stoppade dock inte fortsättningen av det illegala grävandet. Enligt Kevin Telmer, gruvingenjör i Kalifornien, så har dessa förbud inte bidragit till förbättring. Han påstår att efter en polisinsats så tar det i regel lite mer än ett dygn sedan brukar verksamheterna vara igång igen (SVT, 2019b).
Konsekvenser av guldutvinning Global påverkan
Det tillkommer många miljöproblem från guldutvinningsprocessen, däribland irreversibla erosion- och siltationsprocesser då restprodukter nöter ned jord och förorenar vatten (Hilson, 2002).) Den mest betydande miljökonsekvensen är kvicksilverutsläppet som förorenar både luft, vatten och land (Hilson, 2002). Denna miljökonsekvens är närvarande både på regional och global nivå (SVT, 2019b). Kvicksilvret sprider sig allra snabbast då övergår till gasform och släpps ut i vår atmosfär. När det sedan regnar leder till att haven blir förorenade och kvicksilvret sprider sig till fiskarna genom föda. Genom att sedan exportera fiskar, speciellt toppredatorer, så sprids kvicksilvret på en global nivå. Detta når sedan människan när vi äter fisk, alger och andra skaldjur (Rice,
2014). Många ekosystem drabbas av detta, där ett exempel är strömmarna i Guyana, Sydamerika. Studier har gjorts där man undersökt hur guldutvinningen påverkar ekosystemen och resultatet visar på att artrikedomen och fiskbiomassan är oförändrad, men att
fiskakonominsammansättningen var ordentligt påverkad. Samma studie visade att fiskkonstruktionens funktionella struktur var starkt påverkad vilket är något som kan gynna mindre och allmänt förekommande fisk men dessvärre missgynnar större och livsmiljöspecialiserade arter. Samma resultat återfanns även på platser där guldutvinning inte varit aktivt under en tid (Brosse, Grenouillet, Gevrey, Khazraie & Tudesque, 2011)
Kvicksilver har allvarliga cellulära, neurologiska, hematologiska, reproduktiva och embryonala toxiska effekter (Rice, 2014). Användandet av kvicksilver väcker debatter kring lagstiftning, brottsbekämpning och sociala aspekter. För gruvarbetare kan användningen av kvicksilver vara en fråga om liv och död (Bôas, 1997). När kvicksilver släppts ut i atmosfären så hamnar det i en cykel där det kan stanna i flera år (Rice, 2014). Kvicksilver kan ta olika form och ingå i olika typer av föreningar (Rice, 2014). Vanligt förekommande är att kvicksilver reagerar och blir metylkvicksilver. Metyleringen kan ske båda under aeroba och anaeroba förhållanden och beror på bland annat temperatur, koncentration av bakterier, och förutsättningar för redox. Den största exponeringen av metylkvicksilver för människan är via konsumtion av fisk (Rice, 2014). Kvicksilvret anrikas i matfiskar efter att de har ätit mindre fiskar som i sin tur ätit olika typer av alger och organismer som tagit upp kvicksilvret från havet (Rice, 2014). Metallen har allvarliga effekter på människans hälsa, särskilt på nervsystemet och barns neurologiska utveckling (Rice, 2014). Kvicksilver framkallar även minamatasjukan, en sjukdom som drabbat människan sedan 1800-talet men som fick sitt namn i Japan under 1950-talet. Rice (2014) beskriver flertal historiska händelser där människor dött som följd av sjukdomen. En professor som dog vid Dartmouth College drabbades av en droppe dimetylkvicksilver, en annan man dog av användandet av flytande kvicksilver vid guldutvinning, samt flera användare dog av blekningsprodukter för hy som innehöll kvicksilver. Utöver dessa specifika händelser så finns det även dokumenterat de långsiktiga effekterna av guldutvinnanden i Kalifornien och hur
