Uczmy się od Fenicjan

Sól, zwykła sól kuchenna była przez tysiąclecia niezwykle ważnym minerałem. To wiemy wszyscy ze szkoły. Więc skorzystam z okazji i nieco rozwinę przyczyny tego, a potem możemy zobaczyć dlaczego jedna z najstarszych technologii przemysłowych może być niezwykle akuratna dla zastosowana w nowych czystszym, lepszym świecie. I nadal uprzemysłowionym.

Jak z praktycznie wszystkim zrozumiemy ekonomię jeśli spojrzymy na ludzkie potrzeby i geografię. Ale oczywiście nie w sposób, w jaki patrzą na to „nauki ekonomiczne” aka kelnerzy plutokratów.

Otóż ludzki organizm potrzebuje soli, znaczy zwyczajnego chlorku sodu. Potrzebuje aby przeżyć i musi to być dodatkowa rzecz w diecie, oprócz zwykłych pokarmów. A może jest tylko wskazana dla prawidłowego działania nerek i okolic, a da się bez niej przeżyć. Tego nie wiem, nie próbowałem i nie mam zamiaru. Ludzie na pewno lubią mieć dostęp do soli i jest im z tym lepiej. Ale co jest w tym istotne, sól nie wszędzie występuje i nie wszędzie da się ją pozyskać. A że przy okazji w stosunku do ludzkich potrzeb jest niewielkim objętościowo i wagowo ładunkiem, to właśnie sól była jednym z najwcześniejszych towarów handlowych. I właśnie wokół dostępu do soli powstała spora część tego co znamy jako cywilizację. Bo ci którzy ją mieli mogli żądać czegoś w zamian. I nie była to żywność, czy cokolwiek podobnego, bo musiały to być towary podobnej łatwości w transporcie. Znaczy metale i ewentualnie jakieś błyskotki, które można wcisnąć żonie króla za koncesję na handel solą. I w ten sposób ludzie dookoła świata zostali faktycznie zmuszeni do tego, aby pozyskiwać jakieś towary, które nie były im bezpośrednio potrzebne do życia, a robić i gromadzić je na wymianę, bo czasem pojawiał się jakiś kupiec z solą. Tak zapewne powstał bursztynowy szlak. Nie dlatego, że ktokolwiek tak bardzo potrzebował bursztynu, a dlatego, że feniccy cwaniaczkowie potrafili go opchnąć i pasował na powrotny ładunek.

I to był mechanizm, dzięki któremu powstał pieniądz, jako koncept. Powszechnie uważa się, że wymyślili go Fenicjanie i zapewne tak było. Bo oni mieli w siebie, w Libanie-Palestynie znakomite zasoby drewna okrętowego i wykorzystali je w spektakularny sposób- zajmując dookoła Morza Śródziemnego najlepsze lokalizacje na wytwórnie soli z wody morskiej i oczywiście budując te wytwórnie. A potem tę sól rozwozili gdzie się dało, wymieniając na złoto, srebro, bursztyny i inne błyskotki. A ludzie którzy potrzebowali soli albo jakoś mieli dostęp do tych błyskotek, albo musieli się nająć do jakiejś pracy dla tych, którzy mieli metale lub sól. To jakby się ktoś pytał jak jest „wypłata” po łacinie, hiszpańsku lub angielsku…. A tam gdzie była produkowana lub przewożona sól, to były faktycznie jedne z niewielu miejsc, w których pojawiały się istotne przepływy pieniężne, czyli rzeczy które można opodatkować. To jakby się ktoś pytał dlaczego (już znacznie później) Kraków był najważniejszym miastem w swoim regionie przez setki lat i jedynym, które mogło dać zasoby wystarczające do podbicia dorzecza Wisły aka zjednoczenia Polski po rozbiciu dzielnicowym.

Ale to była dygresja. Istotniejsze jest to, że te wytwórnie soli, które zbudowali Fenicjanie w sporej część pozostały do dziś, wiele z nich nadal produkuje i ma się dobrze. Działają one tak, że woda morska jest wpuszczana do pierwszego z kilku basenów, w którym odparowuje jej istotna część. Następnie, już nieco zagęszczona, jest wpuszczana do kolejnych basenów, w których wytrącają się kolejne sole. Konkretnie to w pierwszych wytrącają się sole wapnia, następnie najważniejszy chlorek sodu, a dalej mieszanina soli magnezu i innych. Które to ostatnie były odparowywane i wyrzucane do morza, lub wylewane bez odparowania, zależnie co było akurat łatwiejsze.

Jonów magnezu i siarki pozbywano się, aby sól nie była gorzka w smaku, a o reszcie i tak nie wiedziano i nikogo nie obchodziła, pieniądze zapewniała substancja dziś znana jako chlorek sodu.

Ale mamy 21 wiek, urządzenie na którym to czytacie w trakcie swej produkcji kilkukrotnie okrążyło Ziemię i wymagało co najmniej z 40 różnych pierwiastków w trakcie swej produkcji, a liczbę związków chemicznych i procesów możemy liczyć w tysiącach. I jeśli to urządzenie na którym czytacie jest wyposażone w baterię, to jednym z tych związków jest lit. Który jak najbardziej występuje w wodzie morskiej. Niekoniecznie w gigantycznym stężeniu, ale po oddzieleniu wody, chloru, sodu, magnezu i siarki, stężenie robi się już zupełnie interesujące. Tak samo jak boru, bromu, strontu i paru innych pierwiastków, z których żadnego oddzielnie nie opłaca się pozyskiwać- ale kilka razem, po oddzieleniu tych najpowszechniejszych- to i owszem.

Ale zacznijmy od drugiego najpowszechniejszego metalu z wody morskiej- magnezu. wystarczyłoby go na wszystkie zastosowania soli magnezu, do przetwarzania w metal i jeszcze by sporo zostało. Co w sumie byłoby dość szczęśliwym zbiegiem okoliczności, bo w przypadku jakieś obudów i inne lekkich elementów nie narażonych na działanie temperatury można je wykonywać z magnezu zamiast plastiku. Dziś to jest dużo droższe, ale przecież nie musi być. Ale to nie takie istotne, zastosowań tlenku i wodorotlenku magnezu jest też sporo, znacznie poważniejszych ilościowo niż samego metalu.

Ale co do metalu- do lat 90-tych ubiegłego wieku to właśnie była główna metoda produkcji- elektroliza z soli pozyskanych z wody morskiej. Następnie w Chinach centralne sterowanie gospodarką uznało, że to jest jeden z możliwych towarów eksportowych i rozpoczęto wytop tego metalu na olbrzymią skalę, acz inną metodą. Najpierw produkuje się ferrosilikon w wielkich piecach, a potem używa się go do redukcji dolomitu i w ten sposób uzyskuje metaliczny magnez. Z samego opisu widać, że jest to ekstremalnie węglożerny sposób produkcji i jest tak w istocie. Ale skoro Chińskiej Partii Komunistycznej udało się zadymić na amen kolejny kawałek kraju i zbankrutować huty magnezu dookoła świata, to dlaczego dziś miałoby to działać inaczej. Z jednej strony dlatego, że wszyscy obudzili się z ręką w nocniku i panicznie próbują uniezależnić się od zdominowanych przez Chiny części łańcuchów produkcji. A z drugiej strony dlatego, że, tak samo jak w Chinach jest tu znakomita synergia surowców i energii. Co prawda w Chinach są to złoża węgla obok dolomitów i tanich robotników, a w wersji z basenami solnymi wygląda to nieco inaczej i mówimy o technologiach niedostępnych 30 lat temu. Ponieważ tak się składa, że dziś warunki do odparowywania wody morskiej i do produkcji taniej elektryczności są dokładnie te same. Obfitość i stabilność słońca i wiatru. Zauważmy przy tym, że nie mówimy o zasilaniu miasta, ani serwerowni. Mówmy o elektrolizie i stałe i stabilne dostawy prądu po prostu nie są tu potrzebne. Można wykorzystywać co się ma i kiedy się ma. W końcu Fenicjanie wcale nie mieli zamiaru produkować soli nocami ani zimą. Zbierali to, co im słońce i wiatr dostarczyły.

W tym wszystkim jest oczywiście inny problemik. Fenickie, rzymskie i inne fabryki soli były zaprojektowane i zbudowane z myślą o ręcznej pracy ludzi i ewentualnie rozbudowane pod użycie zwierząt pociągowych. W dzisiejszym świecie koparek i elektrycznych pomp optymalna skala produkcji jest dużo większa.

Czyli jak by to wszystko miało wyglądać?

Zacznijmy oczywiście od pokazania jakiegoś przykładowego miejsca. I nawet nie musi być ono podobne do fenickich lokalizacji, bo tam jednak była potrzebna jakaś możliwość lokalnego utrzymania obsługi, itp. Miejscówki typu Palermo, Marsylia, Dubrownik czy Tunis (wtedy Kartagina) są przecież nadal znakomitymi miejscami do mieszkania, a nie tylko reliktami dawnego przemysłu. Dziś obsługa nie musi mieszkać tak zaraz obok, a zresztą i tak nie będzie zbyt liczna. Więc może być gdzieś w ekstremalnie suchym klimacie. Tu mamy całkiem sporo dobrych kandydatów- wybrzeża Sahary, Namibii, czy Atacamy. Opcjonalnie, zamiast pierwszego basenu, tego ze wstępnym odparowaniem, zupełnie rozsądnie można by to połączyć z odsalaniem. Produkujemy jednocześnie słodką wodę, a z tej o podwyższonym zasoleniu- sól. Konkretnie oczywiście wszystkie sole po kolei. Zaczynając od siarczanu/chloranu magnezu, przez chlorek sodu, aż do soli litu, baru i innych, pomniejszych. Oczywiście chlorku sodu jest bez porównania najwięcej, ale dziś to tania rzecz. Za to te poboczne pierwiastki są już zupełnie ciekawe finansowo. Ale aby mógł tam być jakiś finansowy efekt skali, to najpierw trzeba przerobić poważne ilości samej wody morskiej i chlorku sodu. I wracamy do pierwszego punktu- baseny do odsalania wielkości dostosowanej do zbierania łopatami i ładowania na drewniane statki nie do końca mają tu miejsce.

To przyjrzyjmy się liczbom

Zacznijmy od dość umiarkowanej liczby 1000 ton wody, o zasoleniu oceanicznym, 3,5 %. To jest 1000 m3, jako dzienny przerób byłaby to naprawdę niewielka instalacja, nawet na godzinę nie tak olbrzymia.

Z tego w instalacji odsalania otrzymujemy 400 m3 słodkiej wody i 600 m3 wody o zasoleniu 5,8% To nadal jest dużo za mało do krystalizacji, musimy z tego odparować jeszcze 500 m3. W tym czasie wytrąca sie z niej węglan wapnia i siarczek wapnia (czyli gips). Rzeczy o tak małej wartości, że nie warto ich ruszać, zwłaszcza, że opadając w postaci pyłu na dno całkiem sprawnie uszczelniają nam baseny, jednocześnie chroniąc otoczenie przed przesiąkaniem solanki. I nasze kieszenie przed utratą solanki.

Dopiero w tym momencie zaczyna się wytrącać chlorek sodu. Czyli kamień filozoficzny Fenicjan, ale najtańszy towar przemysłowy dzisiejszego świata. Nawet niekoniecznie opłaca się go transportować na większe odległości, pomimo łatwości tego transportu. Chlorku sodu mamy około 20 ton. I to pokazuje jak mało w rzeczywistości jest to nasze 1000 ton wody. zaledwie jedna ciężarówka najpoważniejszego produktu. OK. Ale to był w miarę czysty chlorek sodu, możliwe, że nawet o jakości spożywczej. Ale i tak warte łącznie kilkaset dolarów. Jako dzienna produkcja brzmi dobrze. Jak na uboczny biznes przy zagrodzie, a nie poważne przedsięwzięcie.

W pozostałej solance nadal pozostanie trochę jonów chloru i sodu, ale poza tym większość pozostałych, w tym na pierwszym miejscu siarka i magnez. Łącznie pod 15 ton, rozpuszczone w około 50 tonach wody. W tradycyjnej gospodarce to po prostu wyrzucano, ale to dopiero są prawdziwe surowce górnicze. Siarka i jony siarki są w dzisiejszej ekonomii bezwartościowe, bo odpadów z produkcji i spalania paliw kopalnych jest dużo więcej niż potrzeba. Ale jeśli tych paliw kopalnych miałoby być używane dużo mniej? Kto wie, może i by to było coś warte? I to samo odnosi się do siarczanów sodu i magnezu. To są odpady, które może ktoś weźmie za darmo lub prawie darmo. To będzie razem z 4 tony. Następne 5 to reszta chlorku sodu i kolejne 5 to chlorek magnezu. Rozdzielenie tych rzeczy nie jest szczególnie trudne, ale wymaga albo dobrych ludzkich umiejętności kontrolowania procesu, albo stosownej elektroniki i kontroli temperatury. Nic szczególnie skomplikowanego.

Wiec na tym etapie mamy do zagospodarowania 5 ton chlorku magnezu. Co może nam dać 1,25 tony metalicznego magnezu. I potrzebujemy na to około 1 MWh elektryczności do elektrolizy i jeszcze trochę do stopienia tej soli. Oraz metody na pozbycie się chloru…. Ale mamy, zależnie od aktualnych cen, co najmniej 2000 usd w kieszeni, a jak akurat trafimy na jakieś dzikie skoki rynku to i z 3 razy więcej. Sprawa już wygląda znacznie lepiej niż z solą. I te ilości prądu to nie jest jeszcze nic strasznego, bo to w praktyce by oznaczało jeden względnie nowoczesny wiatrak przy przerobie 1000 ton wody na godzinę. A przy tej ilości na dobę to coś w okolicach 150 kW mocy fotowoltaiki. Na dziś to naprawdę przyzagrodowa ilość (mówimy o inwestycji rzędu niskich kilkudziesięciu tysięcy dolarów, tyle co nowy dostawczak).

Po drodze jeszcze mamy potas, w ilości 400 kg na nasze 1000 ton, względnie istotna ilość, łatwa do sprzedania rzecz, bo otrzymujemy go jako chlorek lub siarczan, obie przydatne jako nawozy rolnicze. Po kilkadziesiąt kilogramów soli boru i bromu, obie rzeczy sprzedawalne, choć niespecjalnie zyskowne. I zaledwie pojedyncze kilogramy strontu, fluoru i litu. Co ma oczywiście bardzo mały sens, gdyby to miał być dzienny przerób.

Oraz dla spakowania 20 ton soli dziennie nawet nie wiadomo jak używać koparki. Wynajmować i wozić raz na tydzień? Raz na miesiąc? To gdzie trzymać te sól? Gdzie sprzedawać luzem tak mało? Pakować na tą skalę? To by była praktycznie ręczna robota, możliwa tylko tam gdzie jest tania praca.

Realnie rzecz biorą te 1000 ton wody to trzeba przerabiać w godzinę. I to średnio. To by przynajmniej dało zajęcie dla koparki na te 40 godzin tygodniowo, można by było jakoś tę sól pakować czy coś. I dawało przychód w rozmiarze mogącym utrzymać samodzielną firmę.

I wreszcie możemy dojść do powierzchni. Dla odparowania 500 ton wody morskiej na dobę w najlepszych okolicznościach potrzeba około hektara. Wodę będziemy mieli o wyższym zasoleniu, więc od razu potrzeba więcej, jakaś część musi być też przeznaczona na właśnie opróżniane baseny, etc. To może oznaczać półtorej, może 2 hektary. Na 1000 ton na dobę. Na jak wskazałem sensowniejsze 1000 ton na godzinę- mówimy o powiedzmy 50 hektarach. Nadal nic wielkiego.

W takiej wielkości instalacji byśmy produkowali dziennie pod 10 tys m3 słodkiej wody, 480 ton chlorku sodu, 30 ton metalicznego magnezu, nawozy potasowe zawierające 10 ton potasu, powyżej tony bromu i boru i po kilkadziesiąt kilogramów strontu, fluoru i litu. A może nawet by się opłacało przyjrzeć jakimś jeszcze mniej powszechnym pierwiastkom. Albo zająć się na miejscu elektrolizą chlorku sodu. W końcu jesteśmy w lokalizacji z najtańszą możliwą elektrycznością.

Ale jaki jest sens powyższego opisu?

Biznesowo? Pokazanie, że w miarę odchodzenia od paliw kopalnych może czas odkurzyć dawne koncepty w nowej wersji- znaczy wytwarzanie surowców z niczego, bez dostarczania istotnego wkładu zewnętrznego. Oczywiście każdy by próbował zapewnić stały zbyt i ceny, ale zauważmy, że jeśli będą z tym jakieś problemy, to nadal niespecjalnie by zaszkodziło takiemu biznesowi. Oczywiście jak już spłacimy kredyty na budowę.

Dla rewolucji ekonomicznej i nowego świata bez paliw kopalnych? Oczywiste. Produkujemy coś, co jest jak najbardziej potrzebne, bez szkód górniczych i problemów środowiskowych, jednocześnie zastępując i wypierając problematyczną produkcję. Idealnie to co powinniśmy robić. Jednocześnie łącząc to z produkcją słodkiej wody zmniejszamy kapitał i teren potrzebny do pozyskiwania minerałów oraz mamy tę słodką wodę.