Грядущий дефицит меди: на помощь приходят алюминиевые или углеродные нанотрубки?

Использование алюминия в проводке вряд ли вызовет улыбку на лице того, кто имел дело с этим в доме 1960-х или начала 1970-х годов. Причин пожаров и других несчастных случаев было множество, включая неспособность справиться с более высоким тепловым расширением алюминия, электроизоляционной природой оксида алюминия и общей хрупкостью алюминия при скручивании.

Тем не менее, хотя медь превосходит алюминий с точки зрения электропроводности и простоты установки, цены на медь взлетели с 1970-х годов и находятся на грани взлета до Луны. Во многом причина заключается в более широком использовании меди во всем, от электроники и электродвигателей до генераторов, что вызвано широкомасштабным внедрением ветряных турбин и электромобилей.

Поскольку мир движется к массовому расширению использования электромобилей и установке ветряных турбин, прогнозируется, что спрос на медь превысит нынешнее предложение меди. Поскольку в результате алюминий, скорее всего, принесет большую прибыль, стоит взглянуть на современную проводку на основе алюминия, включая алюминий, плакированный медью, и использование заменителей на основе углерода.

Оглядываясь назад, цены на медь в 1960-е и 1970-е годы были еще не такими уж плохими, как мы можем видеть на следующем графике цен на медь за последние 45 лет:

Этот рост цен обусловлен в основном растущим спросом на большее количество электромобилей и ветряных турбин, который, как ожидается, в ближайшие годы ускорится, оказывая дальнейшее давление на существующие поставки. Хотя Геологическая служба США выявила, вероятно, неразведанные ресурсы меди, для этого необходимо организовать добычу, и не вся медная руда может быть экономично добыта и превращена в сырую медь.

Ранее в этом году Международное энергетическое агентство (МЭА) опубликовало отчет о роли важнейших полезных ископаемых в переходе энергетики на низкоуглеродные источники. На изображениях ниже, взятых из этого отчета, мы можем увидеть относительные требования к металлу для каждого типа источника, в зависимости от номинальной выходной мощности, а также требования к материалам для электромобилей (EV) по сравнению с обычными автомобилями (ICE):

Между тем, ожидаемая кривая спроса на медь в свете текущей политики устойчивого развития в то же время, как ожидается, будет выглядеть примерно так, как показано на рисунке ниже, в отличие от текущей добычи медных рудников и ожидаемых новых горнодобывающих предприятий.

Неудивительно, что многие из таких мер вступили в силу примерно в 2000 году, и наряду с растущим спросом со стороны других отраслей цены на медь неуклонно росли, намного превысив максимумы 1960-х годов, которые заставили потенциальных домовладельцев выбирать между установкой медной или алюминиевой проводки.

При таких темпах мы можем увидеть конец повсеместного использования и легкой доступности меди в течение нескольких лет. В то же время, поскольку свойства меди делают ее идеальной для определенных применений, для других применений, для которых могут подойти альтернативы, возможно, придется поискать другие варианты. Весьма вероятно, что это будет означать, что все, от домашней электропроводки до потребительской электроники, вскоре может оказаться вне рынка меди. Какие альтернативы существуют и чем они отличаются от меди?

Медь является предпочтительным материалом для электропроводки по ряду причин, не последней из которых является ее превосходная тепло- и электропроводность. Вот почему медь является предпочтительным материалом для радиаторов, а также для электропроводки в домах и электрических устройствах. Для сравнения, чистый алюминий имеет лишь 61% электропроводности меди по поперечному сечению.

Тем не менее, алюминий имеет одно важное преимущество перед медью: он в два раза более электропроводен по массе благодаря плотности меди при комнатной температуре 8,96 г/см3 по сравнению с 2,70 г/см3 у алюминия. По этой причине такие приложения, где вес имеет большее значение, например, проводка передачи и распределения. Более высокое соотношение проводимости алюминия к весу, особенно при прокладке больших пучков кабелей между опорами, дает значительные преимущества.