Fluxes, not stocks: The real challenges of metallic resources for the energy transition

Feb 10, 2022
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Key Takeaways

To this day, the demand for metals has kept increasing. The energy transition necessary to meet climate objectives will add to that demand during the upcoming decades, for low-carbon energy technologies require larger metal quantities than their fossil-fuel based counterparts. This frequently raises concerns over the actual capacity of geological stocks to meet demand at scale, which we investigate in the present analysis.

 

Mining of metals

Ores are parts of the Earth’s crust that show particularly high mineral concentrations, allowing to extract metals in a technically and economically viable way. Some metals (aluminium, iron…) are orders of magnitude more abundant than others(precious metals). Rare earth elements, a group of metals that share specific properties, should not be mistaken with rare metals in a geological sense, some rare earths being almost as common as copper.

 

The heterogeneous ore repartition and potentially conflicting national interests result in a geopolitically complex mining landscape. China notably is a main actor of the sector, controlling most rare earth extraction chains and large shares of the refining processes for most metals required for the energy transition.

 

Will we run out of metals?

Resources are the part of a geological stock whose exploitation is deemed potentially feasible – reserves are the part of it that can be exploited under current standards. Those are dynamic entities, which are not only defined in geological terms but also vary with the socio-economic context.

 

Resource depletion is difficult to assess. Resources are only known from statistical estimates. Globally decreasing mined ore concentrations can result from a variety of factors, e.g., technical enhancements. Peak models are often criticized for being too simplistic. The ratio of reserves to production, or“depletion time”, is confusing on the long term because of the dynamic nature of resources and should be used as a short-term indicator solely.

 

The availability of metal commodities is a concern that goes way beyond their geological abundance only: it is mainly a problem of supply that should be assessed in a comprehensive way, by considering a variety of socio economic indicators – using, for instance, the concept of criticality.

 

The future supply of metals

Energy demand scenarios differ a lot regarding both the total energy demand considered by 2050 and the shares of individual technologies in the global mix. This results in a variety of estimates for the metal demand. However, all scenarios highlight a significant increase in demand for the energy sector – with, for some metals, a likely increased share of energy uses in the total demand.

 

Vulnerabilities along the supply chain, that are likely to be exacerbated by the scale of demand, might lead to supply shortages. Such vulnerabilities include more complicated mining and refining processes with increasing energy expenditure, long development times for mining projects, geopolitical vagaries, or increased water stress due to climate change.

 

Reducing dependency on primary metals extraction can both lessen vulnerabilities and reduce some negative (e.g., environmental) impacts of the mining industry.However, strategies to reduce demand, such as material substitution or gains in material efficiency, come with a number of significant limitations. High recycling rates can be very energy-intensive, and there are structural limitations to the quantities of materials available for recycling at a given time (locked-in in infrastructures). The potential impacts of behavioural changes and sufficiency strategies should also be considered in that regard.

 

The relation between metal demand and GDP is key to understanding the dynamics of demand increase: both factors are strongly coupled in developing countries, which are expected to be the main drivers of demand growth in the upcoming years. Quantitative research on such topics shall be further developed.

Ce qu’il faut retenir

 

Historiquement, la demande mondiale en métaux n’a cessé de croître. La transition énergétique nécessaire à la réalisation des objectifs climatiques va contribuer à ce phénomène durant les prochaines décennies ; en effet, les technologies de production d’énergie bas carbone requièrent plus de métaux que leurs homologues fossiles, tant en quantité qu’en termes de diversité. Cela génère souvent des inquiétudes quant à la capacité des stocks terrestres à satisfaire la demande à venir, sujet décrypté dans le présent rapport.

 

L’exploitation minière des métaux

Les gisements à partir desquels sont tirés les métaux sont des portions de la croûte terrestre particulièrement concentrées en minerais, permettant la viabilité technique et économique de l’extraction. Certains métaux tels que l’aluminium ou le fer sont considérablement (plusieurs ordres de grandeur) plus abondants que d’autres (comme les métaux précieux par ex.). Les terres rares, un groupe de métaux aux propriétés particulières, sont à distinguer des métaux rares au sens géologique – certaines sont quasiment aussi abondantes que le cuivre.

 

La répartition hétérogène des gisements combinée à des intérêts stratégiques divers expliquent la complexité géopolitique du paysage minier. La Chine est un acteur majeur du secteur, contrôlant notamment une grande partie de l’extraction des terres rares et du raffinage d’un grand nombre de métaux nécessaires à la transition.

 

Court-on le risque d’épuiser les ressources métalliques ?

Les ressources sont la partie des stocks géologiques dont l’exploitation est considérée comme potentiellement faisable – les réserves, la partie des ressources exploitables selon les standards actuels. Ce sont des entités dynamiques, qui ne sont pas seulement définies en termes géologiques, mais varient aussi selon le contexte socio-économique.

 

L’épuisement des ressources est complexe à évaluer. Les quantités mondiales ne sont connues qu’à partir d’estimations statistiques. La baisse à l’échelle mondiale des concentrations de minerais exploités peut être due à de nombreux facteurs(progrès technique par ex.), les modèles de « pic » de production sont souvent considérés comme trop simplistes, tandis que le rapport entre réserves et production à un instant t ne donne d’indications pertinentes que sur le court terme, du fait de la nature changeante des ressources.

 

La disponibilité des ressources métalliques est une question qui va au-delà de leur seule abondance géologique ; il s’agit principalement d’un problème de flux d’approvisionnement, qui se doit d’être évalué de manière systémique (notion de criticité), en considérant une variété d’indicateurs socio-économiques.

 

Futur de l’approvisionnement en métaux

Les scénarios énergétiques présentent une grande variabilité, tant en ce qui concerne la demande mondiale en énergie pour 2050 qu’au niveau des parts relatives de chaque technologie dans le mix total. Cela se traduit par une forte diversité d’estimations des besoins en métaux, bien que tous les scénarios s’accordent sur le constat d’une demande fortement accrue, avec pour certains métaux une probable augmentation de la part du secteur énergétique dans la demande totale.

 

Les chaînes d’approvisionnement présentent de nombreuses fragilités, qui seront amplifiées par la demande attendue, et qui pourraient conduire à des pénuries: augmentation de la complexité et des besoins énergétiques des activités minières, échelles de temps longues inhérentes au secteur, instabilités géopolitiques, pression accrue sur les ressources en eau due au changement climatique…

 

Pour atténuer ces fragilités, et par la même occasion réduire les impacts négatifs (par ex., environnementaux) de l’industrie minière, il semble nécessaire de réduire la dépendance à l’extraction primaire de métaux. Cependant, la plupart des stratégies pour réduire la demande, telles que la substitution ou les gains en efficacité matérielle, présentent uncertain nombre de limites. Des taux de recyclage élevés requièrent de grandes quantités d’énergie. Structurellement, les systèmes énergétiques immobilisent de grands volumes de matériaux avant d’atteindre leur fin de vie, rendant ceux-ci indisponibles au recyclage. Il est en outre important de ne pas négliger le potentiel des stratégies de sobriété et de la modification des comportements.

 

Le lien entre demande en métaux et PIB est essentiel pour comprendre les dynamiques de hausse de la demande : ces deux grandeurs sont fortement couplées dans les pays en voie de développement, dont on peut attendre qu’ils seront moteurs de la demande dans les années à venir. Des analyses quantitatives sur ce sujet de la consommation restent encore à développer.

 

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