Vi lever på ett klot med begränsade tillgångar, och ingenting varar för evigt.

Det kan låta som gamla plattityder, men det är i själva verket grundläggande naturvetenskapliga sanningar.

Lagren av alla de livsnödvändiga material som vi gräver upp ur jordskorpan är inte oändliga. Och nu börjar vi se slutet på flera av de förråd som vi använt för att skapa en högteknologisk civilisation.

Att oljan inte flödar för alltid, det är nog de flesta medvetna om. Men hur många inser hur djupt beroende vi är av billig och lättillgänglig olja för att hålla den industrialiserade världen igång?

För att ersätta oljan kommer ny teknik. Men den nya tekniken kräver andra råvaror, inte minst metaller som kostar pengar och energi att gräva fram ur jordskorpan. Och flera av de metallerna börjar gå åt i sådana mängder att de hotar att snart ta slut de också.

Solceller, vindkraft och elbilar är framtiden, sägs det. Men för det som brukar kallas ”grön teknik” behövs en rad dyrbara och sällsynta ämnen.

En vanlig mobiltelefon innehåller exotiska metaller som tantal, antimon och kobolt. Den har en genomsnittlig livslängd på arton månader. En dator kräver över sextio olika råvaror. Sammanlagt förbrukar en normal västerlänning över ettusen ton metaller och mineraler under sin livstid.

För att en ny teknik ska vara meningsfull så krävs det att det finns material som räcker till för att sätta igång massproduktion.

Att till exempel göra världens bilar batteridrivna förblir en dröm, om vi inte ska förlita oss på gamla vanliga blybatterier. Det säger Chinese Society for Rare Earths, en kinesisk organisation för teknik och forskning kring de sällsynta jordartsmetallerna.

Kineserna är världens helt dominerande producenter av många metaller, så de borde kanske veta. De ämnen som i första hand sätter gränser för elbilarna är de sällsynta metallerna neodym och lantan.

I Uppsala finns en forskargrupp som specialiserat sig på att undersöka hur råvarorna påverkar våra energisystem. Framför har de studerat hur mycket kol och olja som finns kvar att hämta i jordskorpan (se faktaruta Kol och Olja).

Mikael Höök är en av medlemmarna, och han har även studerat hur tillgången på vissa metaller begränsar utvecklingen av effektiva solceller.

- Solen strålar in enorma mängder energi på jorden. Det är bara frågan om hur mycket vi kan fånga in, säger han. En hel del metaller är viktiga komponenter för de högeffektiva tunnfilmslager som man vill använda. Frågan är hur mycket produktionen går att skala upp.

Mikael Höök har arbetat intensivt med frågan om hur mycket kol som finns kvar att elda upp på jorden, och han är djupt förtrogen med diskussionerna om oljans framtida knapphet.

Han kommer från kärnkraftskommunen Östhammar och forskade på fusionsenergi innan han började med resursfrågor. Så trots att han ännu inte fyllt trettio så kan han det här med förutsättningarna för hur vi ska få den energi vi behöver.

Solceller har pekats ut som en av de viktiga teknologierna för att framställa säker och koldioxidfri elektricitet. Flera nya tekniker som bygger på tunna skikt av olika metaller utvecklas just nu, och som lovar att bli minst lika effektiva och betydligt billigare än dagens kiselbaserade solceller.

Men enligt Mikael Höök är det en utopi, om vi ska använda vissa av dessa tekniker. Metallerna finns helt enkelt inte.

- När det gäller till exempel indium, gallium och rutenium ser man påtagliga problem. Tillgången på selen och germanium sätter också gränser. Man ska komma ihåg att de här ämnena finns i mycket små koncentrationer och de är biprodukter till annan malmbrytning. De finns i små andelar, normalt långt under en procent, i samma malmer som bly, koppar och zink. Produktionen styrs normalt av efterfrågan på de här viktiga metallerna, men ett kraftigt ökat behov från solcellsindustrin kan eventuellt påverka situationen. Det kan bli så att solcellerna driver fram en ökad brytning och genererar stora berg av bly och kadmium som vi inte vill ha.

Sammanlagt, säger Mikael Höök, så räcker metallreserverna till att producera några enstaka procent av världens elbehov med solceller om man antar att de här metallerna enbart används till det syftet. Men i realiteten blir det ännu mindre eftersom andra branscher också konkurrerar om det som finns tillgängligt.

Men hur mycket finns det egentligen kvar av de här metallerna?

- Det beror på. De tar ju inte helt slut, men någonstans blir det för kostsamt att fortsätta och opraktiskt att fortsätta produktionen. För de stora malmerna kan man alltid gå ner i koncentration. Det beror på hur mycket energi man vill använda. Men för många av de sällsynta metallerna är det så att deras knapphet sätter en gräns för framtidens produktion. De är en ändlig resurs.

Människans förbrukning av många viktiga ämnen hotar att tömma förråden för alltid. Här är ett urval av några av dem, det finns fler.

I många fall är uppskattningarna om tillgång och framtida efterfrågan gissningar. Nya fyndigheter kan skjuta upp bristen, medan nya tekniska lösningar plötsligt kan skapa en massiv efterfrågan på ett sällsynt ämne.   

Indium

Indium är en silvervit, mjuk metall som upptäcktes 1863, som en beståndsdel i zinkmalm.

Som grundämne är det relativt okänt, men de flesta har förmodligen haft direktkontakt med det.

Sedan några år är den helt dominerande användningen av indium i de apparater som kombinerar ljus med elektronik- det vill säga i bildskärmar, solceller och framför allt, de pekskärmar som snart finns i varje mobiltelefon.

En blandning av indiumoxid och tennoxid, med det tekniska namnet ITO, har den fördelaktiga egenskapen att den är både genomskinlig och elektriskt ledande samtidigt. Ett finger på den genomskinliga ytan förändrar de elektriska egenskaperna just vid tryckpunkten och beröringen kan förvandlas till ett kommando.

Efterfrågan på indium ökar följaktligen starkt, och mellan 2003 och 2006 ökade priset per kilo från 60 dollar till över 1 000 dollar. Priset har nu stabiliserats under 1 000 – dollarstrecket, men hur länge tillgångarna räcker är osäkert.

Nästan två tredjedelar av allt indium i världen bryts som en mindre biprodukt vid bly- och zinkgruvor i Kina. Med dagens konsumtion anger vissa beräkningar att det räcker högst ett par decennier och tar slut före 2030.

Lantan

Den första industriella användningen av metallen lantan var i gamla tiders gaslyktor. Den silvervita metallen upptäcktes av svensken C G Mosander 1839, och är en av de sällsynta jordartsmetallerna. Den förekommer idag i små mängder i en rad tekniska sammanhang, i lampor, mikroskop eller som katalysator i kemiska processer. Men det som gjort lantan till en blivande bristvara är moderna hybridbilar med nickel-metallhydridbatterier. 

Varje Toyota Prius behöver mer än tio kilo lantan till batteriets anod, och när biltillverkarna ökar kapaciteten hos sina miljövänliga bilar kan det komma att krävas upp till trettio kilo per bil. Då finns inte lantan så det räcker till alla, enligt kinesiska experter.

Neodym

Före den högteknologiska eran var neodym i första hand ett ämne som användes för att färga glas. Det rödlila glaset som åstadkoms av neodym har också fått en tillämpning inom lasertekniken.

Men metalliskt neodym kan också bli de starkaste permanenta magneter man känner till. Det gör att neodymmagneter kan krympas till betydligt mindre storlekar än magneter av järn. Det är extremt attraktivt att ta till exempelvis i mikrofoner, högtalare, datorminnen, elektriska motorer och generatorer. De starka magneterna ger hög effektivitet per vikt. Det gör att de behövs i hybridbilarnas elmotorer och i vindkraftverkens generatorer, två områden där efterfrågan väntas explodera. De stora bilföretagen arbetar idag med strategisk planering inför framtidens råvaruförsörjning. Neodymet räcker inte till alla, det vet de idag.

Silver

Silver har använts av människan i tusentals år. Ett stort användningsområde som nu nästan försvunnit är fotografiska filmer. 

Men även i den digitala världen går det åt silver, i elektroniska komponenter och i reflektorer och speglar till exempel. Och det blir allt vanligare att använda silver för att ta död på bakterier. Silver används därför i bandage, i tvättmaskiner och i specialtextilier för att bli av med oönskade mikroorganismer.

Men hur länge?

Det finns beräkningar som säger att silvret tar slut före 2040 med dagens konsumtion.

Rare Earths – Sällsynta Jordartsmetaller

De sällsynta jordartsmetallerna, SJM, utgörs av lantaniderna, nummer 57 till 71 i det periodiska systemet, plus skandium och yttrium. De grupperades ihop under 1800-talet. Idag vet man att alla inte är lika sällsynta, men de har fått behålla gruppnamnet.

Förutom lantan och neodym, som är viktiga i bilindustrin, används flera andra av metallerna i modern teknisk utrustning, ofta när man vill kombinera fördelaktiga optiska och elektroniska egenskaper.

Samarium, erbium, europium och yttrium är några av de sällsynta jordartsmetallerna som behövs för lasrar, mörkersikten, bildskärmar, högtemperatursvetsning, med mera.

Idag produceras 97 procent av alla SJM i Kina, även om det finns tillgångar på andra håll.

När Kina hotade att stänga av exporten under år 2010 för att behålla de sällsynta metallerna för sig själva gick en våg av oro genom den industrialiserade världen. Exporten har dock fortsatt men i begränsad skala.

De här metallerna finns i mindre mängder även på andra platser på jorden, inklusive i Sverige, men nästan ingen brytning pågår. Det kan ta ett decennium att få igång ny produktion med de tillstånd och den infrastruktur som behövs, enligt en rapport från US Geological Survey.

EU-kommissionen har satt SJM på listan över ämnen som kan bli bristvaror inom en överskådlig framtid.

Platina

Platina är ytterligare en metall som det behövs lite av, men i en masstillverkad produkt – bilkatalysatorer.

I bränsleceller, som många hoppas ska ersätta bensin och diesel i framtidens bilar, går det också åt platina. Om det finns något kvar.

Det beror mycket på den ekonomiska utvecklingen i medelinkomstländer som Kina, Indien och Brasilien och hur många bilar de köper. Om hela världens befolkning skulle förbruka hälften så mycket som en medelamerikan gör, tar världens platina slut om 42 år.

Fosfor

Det är inte bara metaller som står på listan över strategiskt viktiga råvaror som hotar att sina i framtiden. Fosfor har varit en viktig komponent i konstgödning sedan början av seklet. Det betyder att fosfor är en avgörande faktor för hur mycket mat som vi kan producera. Det är först helt nyligen som man börjat inse att det kan bli ont om fosfor i framtiden.

Vi förbrukar 150 miljoner ton fosfathaltiga mineraler per år. Från och med 2033 kommer produktionen inte att hålla jämna steg med efterfrågan och reserverna är slut inom femtio till hundra år. Det konstaterade den australiensiska forskaren Dana Cordell i en uppmärksammad studie förra året.

Den internationella fosfatindustrin hävdar att det finns tillgångar som räcker i mer än 300 år. Även om de har rätt betyder det, enligt Cordell, att vi måste börja utvinna fosfat ur sämre malmer med lägre koncentration och som är förorenade med radioaktiva ämnen och tungmetaller.

Det enda sättet att undvika en livsmedelskris är enligt Cordell att äta mer vegetariskt och börja återvinna fosfor till exempel från avloppsvatten.

Helium

Gasen helium är universums enklaste och allra vanligaste grundämne, näst efter väte. Förr användes det mest i ballonger och luftskepp, men under de senaste decennierna har förbrukningen exploderat. Helium används ofta som kylmedium när man behöver supraledning, till starka elektromagneter, till exempel i sjukhusens magnetröntgenapparater eller i CERN:s jättelika acceleratorer i Schweiz. Det används vid svetsning, djupdykning och i teleskop. Men den största förbrukaren är Nasa, som använder en fjärdedel av allt tillgängligt helium för att rensa bränsletankarna i sina raketer.

Helium uppstår på två sätt, antingen genom fusion i stjärnorna, eller genom radioaktivt sönderfall i berggrunden. Det är bara gas från den senare processen som vi kan komma åt. Den finns i små mängder i naturgas och kan utvinnas därifrån. När helium använts, till exempel i en vanlig ballong, eller någon annanstans, sprider det sig i atmosfären och vidare ut i rymden, för att aldrig mer återvända till jorden. 

Om vi inte lär oss att återanvända helium kommer reservlagren att ta slut om tjugo år, varnar Robert Richardson, nobelpristagare i fysik 1996. Det rätta priset på en vanlig heliumballong som säljs på gatan borde enligt Richardson ligga över femhundra kronor.

Kol och olja

Global Energy Systems Group i Uppsala under professor Kjell Aleklett, där Mikael Höök är en av medarbetarna, är en av världens ledande forskargrupper när det gäller att hålla koll på våra grundläggande energitillgångar, kol och olja.

Enligt deras beräkningar från 2009 har vi redan nått eller just passerat den punkt där oljeproduktionen når sitt maximum – det som brukar kallas peak oil. Hädanefter kan vi bara förvänta oss minskande tillgångar och högre priser.

Brytningen av kol, som trots att det knappt används i Sverige, står för en helt dominerande andel av världens energitillgångar, fortsätter att öka ett tag till. Men peak coal infaller inom ett par decennier enligt Mikael Hööks analys.

- Många av de antaganden som görs om den framtida tillväxten i världen är inte realistiska, eftersom det inte finns tillräckligt med kol, säger han. Kina använder allt sitt kol. De största outnyttjade tillgångarna finns i Montana i USA, men de ligger under jordbruksmark, och det är svårt att tänka sig att de ska grävas upp. Vi når förmodligen maximum i kolutvinningen kring 2040 eller 2050.

Det här är ingen extrem åsikt bland de forskare som arbetar med frågan. I en översiktsartikel i den vetenskapliga tidskriften Nature kunde man under hösten läsa:

”Vi betraktar det som osannolikt att världens energitillgångar kan motsvara efterfrågan bortom 2020. Därför blir det viktigt att införa begränsningar i energiförbrukningen i alla samhällssektorer, inklusive jordbruk, transporter och tillverkning.

Även om sådana gränser inte sätts upp genom aktiva beslut kommer de ändå att uppstå på grund av brist och prisökningar.”

Återvinning

Det mesta talar för att återvinning blir en av framtidens tillväxtsektorer. Fortfarande är industrin dålig på att ta tillvara många av de sällsynta metaller som finns i små, små mängder i varje mobiltelefon, tvättmaskin eller lap-top.

I Storbritannien har man visat att det lönar sig återvinna platinapartiklar från bilarnas avgassystem ur det stoft som sopas upp från stadsgatorna. Snart kan det ligga en förmögenhet i metallskrot. Men ännu finns få användbara processer för att återvinna de viktiga metallerna i stor skala.

Den svenska Stiftelsen för Strategisk Forskning har avsatt 80 miljoner kronor för forskning kring nya framtidstekniker för återvinning.  

tomaslindblad.se