CRMA och extraktivism

CRM och CRMA är två relativt nya förkortningar, och betyder "Critical Raw Materials" (en.wikipedia) och "Critical Raw Materials Act" (en.wikipedia), på svenska "råvaror av avgörande betydelse" och "lagen om råvaror av avgörande betydelse". Det är EU som har stiftat denna lag, och därmed kan den ställa till det var som helst inom hela EU. Lagen finns på engelska (någon officiell översättning till svenska verkar inte ha skrivits) på single-market-economy.ec.europa.eu. Vilka råvaror handlar det om?

Tabellen är inte skapad av EU själv, utan av tredje part utifrån EU:s data. Listan uppdaterades ytterligare år 2023, detta syns tyvärr inte i tabellen. Det som slår är att en ganska stor del av det periodiska systemet redan är "råvaror av avgörande betydelse". De flesta är metaller (ibland kallade för "sällsynta metaller" eller "sällsynta jordartsmetaller", på engelska "rare earth elements" eller REE), men P (fosfor) är en halvmetall (används främst men inte uteslutande till övergödning), och He (helium) är en ädelgas. Grundämnen belägna till höger om U från Np till Lr liksom i rad 7 från Rf till Og kallas för transuraniska och kommer aldrig att brytas av den enkla anledningen att dessa inte förekommer i jordskorpan. Längst nere under tabellen listas några material som inte är grundämnen, bland annat "phosphate rock", alltså fosfor omnämns dubbelt. Listorna verkar vara lite godtyckliga, så är till exempel Cu (koppar), Li (litium), och U (uranium) inte markerade. Att det råder kritisk brist på koppar (som används till elbilar, digitalisering, och lite annat) också framgår redan av faktumet att företaget "Boliden" aggressivt driver sin Lavergruva, och att länsstyrelsens nyss har gett tillstånd till den, där kopparhalten är bara ca 0.2%. Men i 2023 års lista finns koppar med. På samma sätt är det mycket troligt att det råder brist på uranium (som används i kärnkraftverk liksom till kärnvapen) likaså i ljuset av att regeringen nyss har upphävt förbud mot att bryta sådant i Sverige, utöver planer att bygga 10 nya kärnreaktorer.

Lagens titel är "Critical Raw Materials Act" och i inledningen kan vi läsa: "indispensable for the EU economy and a wide set of necessary technologies for strategic sectors such as renewable energy, digital, aerospace and defence". Inledningen ger därmed ett visst fastän inte helt fullständigt eller ärligt svar på den avgörande frågan vem egentligen efterfrågar dessa råvaror.

Från år 2000 till 2022 ökade förbrukningen från ca 85 Gg/år till ca 300 Gg/år dvs nästan med faktor 4 på 22 år, det blir faktor ca 310 på hundra år.

Extraktivism är storskaligt uttag av naturresurser (malm, fossilt, sten, trä, fisk, men även vattenenergi, vindenergi eller jordbruksprodukter) i syfte att tjäna pengar. Oftast exporteras "varan", eller åtminstone förs långt bort från områden där den hade tagits fram (wikipedia, Q1385203). Extraktivism kan spåras kanske 500 år tillbaka, men ökade kraftigt under de senaste 100 eller bara 20 åren. Numera försvaras ökad gruvdrift med att dessa material skulle vara "avgörande för den gröna omställningen" ("Critical Raw Materials: ensuring secure and sustainable supply chains for EU's green and digital future") eller rakt "behövas för att rädda klimatet".

Periodiska systemet som förteckning över smutsiga affärsmodeller

Numera bryts, pumpas eller dammsugs nästan allt som finns i jordskorpan. Hela jordens yta, både fastland och havsbotten, håller på att bli en enda gigantisk gruva. Det går knappast att hitta något ställe där det INTE finns någonting som går att utvinna och sälja. Vilka ämnen är det som drabbas, och vem efterfrågar sådana? Några exempel:

He (helium, atomnummer 2, ädelgas)

Helium själv bryts eller pumpas faktiskt inte, utan utgör bifångst vid uppumpning av fossilgas. Andelen helium i fossilgas är mycket högre än i luften, starkt varierande upp till ca 8% på vissa ställen i Nordamerika och vissa ställen vid Persiska Viken ^[18] [19], vilket gör fossilgas till en attraktiv källa, inte minst i ljuset av att både fossilgas och helium kan säljas, och därmed generera dubbel vinst från bara ett borrhål. Hur hamnade helium just där? Fastän det sällsynta heliumet och fossilgasens huvudbeståndsdel metan är ihopblandade under jorden, har de helt olika ursprung. Metan uppstod, ofta tillsammans med tyngre kolväten som tillsammans utgör fossilolja, genom ofullständig nerbrytning av forntidens havsdjur. Helium däremot uppstod och uppstår löpande genom radioaktiv omvandling av vissa atomkärnor (²³²Th, ²³⁵U, ²³⁸U) i jordskorpan liksom längre ner ända till jordkärnan, med en alldeles nära anknytning till uppkomst av radioaktivt radon vars nävaro i källare ibland ger upphov till oro. Heliumet sipprar långsamt uppåt, vilket slutar med att det antingen når atmosfären dvs luften, eller fastnar någonstans på väg, såsom i en "bubbla" fossilgas belägen under en bergart som är ogenomtränglig för både metan och helium. Heliumatomer som når jordytan reser sedan vidare uppåt, och lämnar till sist atmosfären eftersom heliums densitet är alltför låg för att atomerna ska kunna hållas av jordens gravitation. Därför är koncentrationen av helium i luften så låg. Helium används i en hel del små nischer såsom ballonger och zeppelinare, kylning till extremt låga temperaturer, svetsning med mera.

C (carbonium, kol, atomnummer 6, halvmetall)

Till skillnad från många andra språk har ordet "kol" i svenskan två lite olika betydelser, vilket ibland kan leda till förvirring. För det ena kan ordet avse grundämnet med atomnummer 6 (på engelska "carbon", på norska "karbon"), för det andra ett svart, lite mjukt och brännbart material (på engelska "coal", på norska "kol" / "kull") med olika möjliga orsprung (såsom träkol, brunkol med mera) som består huvudsakligen men inte uteslutande av grundämnet med samma namn "kol". Det råder i sig själv inte brist på grundämnet kol AKA carbonium. Det utgör en väsentlig beståndsdel i all levande materia, och finns dessutom i massor i luften och vattnet. Ändå bryts flera former av "kol" vilket medför stora miljöproblem. Rent grundämne kol finns i naturen i två olika former, nämligen lagom sällsynt grafit, och extremt sällsynt diamant. Det går att producera både grafit och diamant från vilket material som innehåller carbonium som helst, men tyvärr är processerna så dyra och energikrävande att efterfrågan täcks till en stor del genom gruvdrift. Eftersom diamant består nästan uteslutande av grundämnet kol (resten är bara oönskade föroreningar), är det ur kemisk synpunkt inte fel att kalla en diamantgruva för "kolgruva", men ingen säger så då detta mycket sannolikt skulle leda till missförstånd. Stora mångder grafit går åt ackumulatorer i stora och små prylar såsom bärbara datorer, mobiler, robotgräsklippare, elbilar och annat. Materialet försvinner inte, och går i princip att återvinna i all evighet, men tyvärr återvinns en del prylar inte (en del brinner även upp), plus den totala mängden prylar ökar kraftigt hela tiden. Diamant används för smycken och för vissa industriella processer. Lejonparten av "kol" som bryts är brunkol och svartkol, vilka sedan bränns i kraftverk eller stålverk. Tidigare fanns flera viktiga användningsområden till, såsom fjärrvärmeverk, hemvärmepannor, ånglok och ångfartyg. Det går även att tillverka brännbart gas eller bensin från kol, men även dessa verksamheter har övergivits. Det finns risk att kols betydelser kan öka igen i framtiden på grund av brist på fossilgas. En sådan utveckling kunde delvis redan observeras efter krigsutbrott i östra Europa år 2022.

Si (silicium, kisel, atomnummer 14, halvmetall)

Silicium är en halvledare och den heliga huvudbeståndsdelen i all elektronik och digital teknik. Allt från digitala klockor till gigantiska serverhallar, liksom solceller, men även styrning av motorer i elbilar, tåg, hissar och mycket annat bygger på kisel. Egentligen råder det inte någon brist på silicium, det finns i princip i allt grus och nästan alla stenar överallt omkring oss. Tyvärr kräver halvledartekniken extremt rent material, medan separationprocesser som kan utvinna kisel från vanligt grus är mycket dyra och energikrävande. Därför bryts relativt rent silicium på några få ställen i världen, och renas sedan vidare. Utan kisel finns inga datorer och inga solceller. Elmotorer skulle kunna visserligen rulla på, men inte styras så bra, ungefär så som det var fram till 1970-talet. Ovanligt rent silicium bryts i USA, Kina, och på några andra ställen.

• P (fosfor, atomnummer 15, halvmetall) -- Fosfor utgör den liten men viktig del i levande materia. Växter tar upp fosfor från marken, vilket gör att fosfor är en väsentlig ingrediens i gödsel. Detta i sin tur leder till problem med övergödning, så att fosfor och andra ämnen hamnar till sist i vatten där de inte är till någon nytta, tvärtom. Att utvinna fosfor från avloppsvatten eller annat vatten är möjligt men dyrt, altså bryts fosforhaltiga bergarter i stor skala. Fosfor ingår även i vissa militära bränslen och sprängämnen.

Cu (cuprum, koppar, atomnummer 29, metall)

Koppar används främst inom all elektronik och elektroteknik som ledare, men har eller hade vissa andra användningsområden såsom rör och takplåt. Koppar legeras ibland med andra metaller, såsom med zink (Cu+Zn) som ger mässing, eller med tenn (Cu+Sn) som ger brons. Koppar har använts under flera tusen år, men under senare tid har efterfrågan exploderat.

I princip leder alla metaller elektricitet, men i starkt varierande utsträckning. Dessutom har många metaller diverse dåliga egenskaper som minskar deras praktiska nytta som ledare. Trots att lejonparten av grundämnen i det periodiska systemet är metaller och leder elektricitet, framstår koppar ändå i slutändan nästan som monopolist i fråga. Aluminiums konduktivitet är nästan två gånger sämre, det tillkommer dåliga mekaniska och kemiska egenskaper. Järns konduktivitet är nästan tio gånger sämre, och järnet rostar ju, och medför några flera bekymmer. Silver är i fråga om konduktivitet lite bättre än koppar, och har i övrigt bra egenskaper, men är så dyrt och sällsynt att det inte heller duger som ett alternativ till kopparn.

Det finns ett inherent samband mellan elektrifiering och digitalisering på den ena sidan, och miljöförstöring genom koppargruvor på den andra. Varje elbil, varje laddstolpe, varje serverhall, varje mobil, varje skärm i hemmet eller i offentliga utrymmen, varje dator, varje missil, varje flygplan innehåller koppar. Koppar är också huvudaktör i en redan slutfört samhällsomvandling och en av kapitalisternas stora löften och svek. Under 1980-talet blev glasfiber praktiskt användbar, och det utlovades att glasfiber skulle lösa problemet med brist på koppar, som visst redan fanns då, genom att glasfiber skulle ta över kopparns roll i signalöverföring, med flera stora fördelar såsom slut på elektromagnetiska störningar på köpet. Visst fick glasfiber (och mobiltelefon plus annat trådlöst) totalt genomslag, och Sverige var en av de första som helt skrotade sitt gamla telefonnät av koppartråd. Koppar används numera inte alls för signalledningar över långa distanser, och sällan över lagom långa distanser. Ändå har bristen på koppar kraftigt förvärrats. Hur kommer det sig? Glasfiber kan utmärkt leda signal, men inte överföra energi, åtminstone inte på ett sätt skulle vara av praktisk nytta. Ännu värre, alla kommunikationsledningar baserade på glasfiber liksom trådlösa kommunikationslösningar kräver extra omvandling och förstärkning av signal, som kräver el, som självklart kommer genom koppartråd. Alla mobilnät, mobilmaster, serverhallar, fibernätverk med mera består inte bara av glasfiber och radiovågor, utan även av koppartråd som förgrenar sig om och om och når ända till alla otaliga nätverkets noder. Glasfiber möjliggjorde en giganstisk ökning av digital kommunikation (där lejonparten av överfört information emellertid är skräp, och lejonparten aldrig når någon människas sinnen) som i sin tur kräver el och koppar. Också elmotorer och generatorer innehåler mycket koppar som inte går att ersätta med glasfiber eller något annat material.

• U (uranium, uran, atomnummer 92, metall, radioaktivt) -- Uran utgör det tyngsta grundämnet som finns i naturen, det vill säga det som har tyngsta atomer och högst atomnummer. Det finns bara två användningar för uran, nämligen kärnreaktorer (kärnkraftvek, stora fartyg, ubåtar), och kärnvapen. Båda bygger på samma process, nämligen kedjereaktion av fission (kärnklyvning). Medan i kärnreaktorn är reaktionen kontrollerad och kan pågå under flera år innan materialet ("bränslet") måste bytas, försöker kärnvapen att omsätta så mycket material som möjligt under så kort tid som möjligt i en okontrollerad kedjereaktion. Både kärnreaktorer och kärnvapen efterlämnar fissionsprodukter vars atomer är lättare än de som gick in i reaktionen, plus en mindre mängd transuraniska grundämnen som är ännu tyngre. Såväl fissionsprodukter som dessa transuraniska grundämnen är mycket starkare radioaktiva än uran. Detta medför oundgängligen att deras radioaktivitet tar slut tidigare, men tyvärr fortfarande inte tillräckligt tidigt, nämligen först efter några hundratusentals år. Sveriges nuvarande högerregering vill ha både 10 nya kärnreaktorer och urangruvor i Sverige. Kanske vill de ha även kärnvapen, fastän de inte har sagt detta öppet.

Produktion in gruvor

Gruvbolag skryter gärna med sin verksamhet, och då redogör de för hur mycket olja (det är fossilolja som avses), järnmalm, bauxit (malm som innehåller aluminium och lite andra ämnen), eller annan fin och eftertraktad vara de har "producerat" eller tänker "producera". Men kan sådant ens någonsin stämma? Vad skulle de "producera" dessa material av, och hur? Ur ingenting låter mindre troligt, eller trollar de verkligen där nere? Det enkla faktumet är: gruvor eller gruvbolag producerar aldrig fossilolja ("råolja"), diamanter, järnmalm, bauxit, fossilgas ("naturgas"), guld (obs ingen malm här), kopparmalm, fosfat, kol, eller dylikt. De tar upp (med våld) och säljer något som hade existerat sedan urminnes tider. Med andra ord, de tar något som inte är deras. Detta är inte produktion! Vi stöttar på frågan om tolkningsföreträde igen. Den som tar andras och säljer det som sitt har inte monopol i fråga om hur denna verksamhet ska kallas, på samma sätt som den som år 2022 påbörjade en "speciell operation" i östra Europa inte har monopol i fråga hur detta aggressionskrig bör betecknas. Det ligger i sakens natur att gruvbolag alltid har snackat och alltid kommer att snacka om "produktion" på samma sätt som de alltid kommer att säga "naturgas" då det handlar om fossilgas. Men alla andra, och i synnerhet miljörörelsen, borde själva bestämma över sitt språkbruk, istället för att kopiera extraktivisternas manipulativa jargong.

Materia bevaras

Gruvor anses ofta utgöra "miljöfarlig verksamhet", fastän det skulle vara ärligare att säga "miljöskadlig verksamhet", eftersom sannolikheten att skador uppstår inte är låg, utan exakt lika med ett, medan sannolikheten att det kommer att "gå bra" är exakt noll. Förstöringen är inherent för gruvdriften. Gruvverksamheten ökar kraftigt, och många talar om en "gruvboom" i norra Sverige. Tragiskt nog är denna "gruvboom" inte begränsad till norra Sverige, utan global. Varför är det så, och måste det vara så? Går det att få bukt med gruvor och borrhål? Flera metoder har testats under åren:

• juridik -- hitta juridiska fel i gruvansökan, överklaga, få stopp på gruvan
• civil olydnad -- lägg dig framför eller kedja dig fast vid grinden eller bulldozern, de kan inte fortsätta eller ens starta, löst
• demo -- demonstrera, politiken ändras, gruvor förbjuds, vår planet är räddad

Gruvor finns eftersom någon löpande köper materialet från dem. Kanske är detta en detalj, men den är viktig. All materia bevaras. Det går inte att förgöra materia till ingenting, eller tvärtom tillverka materia ur ingenting. Vad medför detta i praktiken? En stoppad koppargruva medför mindre koppar på världsmarknaden, högre pris på koppar, och i slutändan att några, ganska många faktiskt, kommer att behöva avstå sin elbil eftersom koppar inte kommer att räcka till alla. Världsmarknaden är stor, komplex, ogenomskinlig, och korrupt, men detta rubbar inte ett dugg principen att varje stoppad gruva förutsätter eller tvingar fram en minskning av förbrukningen i samma omfattning som gruvan skulle ha tagit fram. Kommer minskningen inte till stånd, då blir det en gruva någon annanstans instället. Knappast värt mödan. Du kan inte käka upp kakan och samtidigt ha den kvar. Det enda sättet att få stopp på extraktivismen är just att kraftigt minska förbrukningen på allt. Med en minskad förbrukning blir gruvor eller oljefält olönsamma, och stänger ner till sist, med eller utan civil olydnad på plats. Med en ständigt ökande förbrukning på allt blir det troligen exakt tvärtom. Nyckeln till slut på extraktivismen ligger i slutet på förbrukningen. Det finns inga fler nycklar där ute. Det existerar bara en. Gör civil olydnad på förbrukningssidan.

Vilka gruvor behövs för "omställningen"?

Målkonflikt

Det hävdas ofta, i synnerhet av gruvbolag och högerfascistiska politiker, att gruvor behövs för att rädda klimatet. Plus att miljörörelsen skulle ha en målkonflikt, och behöva välja mellan klimat och natur. Varför kan miljörörelsen inte äntligen vara för något gott, såsom elbilar eller gruvor som båda räddar klimatet?

Snabbare!

Det sägs att vi lever mitt i en spännande tid, en stor "omställning", en "grön omställning". Snabbt måste det gå, om några år ska allt vara grönt. Gruvor överallt till varje pris, nya gigantiska fabriker utanför Skellefteå, utanför Berlin, och på några tusen ställen till, nya elledningar, främst 750 Kilovolt, gärna flera parallellt, vindsnurror, vätgasledningar, motorvägar, parkeringsytor, dammsuga hela havsbotten, serverhallar, mobilmaster, nya mobiler i allt snabbare takt, allt måste vara uppkopplat dygnet runt, artificiell makt styr allt, allt som är gammalt kastas, nya bilar, nya datorer, grön gödsel, grönt stål, stora hamnar för fast, flytande and gasformigt, nya flygplatser med ny grön säkerhetsteknik, nya flygplan, skärmar överallt, mer reklam, mer nonsens, mer fake news, oftare aviseringar, gröna trollfabriker, och glöm inte kameror överallt, grön ska den nya tryggheten vara, gröna biltävlingar, grön överkonsumtion, gröna utländska militärbaser, militarisera hela samhället, och vapen, vapen, gröna vapen, helst kärnvapen, grönt krig väntar runt hörnet.

Hastighet utan riktning

Begreppet "omställningen" började ta fart någon gång omkring år 2018, och perverterades snabbt helt och hållet. Allt som är gigantiskt och förbrukar mycket resurser är plötsligt grönt. Det är ingenting fel på att ersätta koleldade masugnar med elektriska stålverk, tvärtom, men detta måste gå hand i hand med en minskad omsättning på stål och annat. Det är ingenting fel på vindsnurror som ersättning för fossilt, tvärtom, men detta måste gå hand i hand med en minskad elförbrukning. Gruvbranschen expanderar, och gruvor har börjat "elektrifieras" lite grann. All verksamhet, såsom grävande, sprängningar, borrningar, krossning, lasttransporter, persontransporter (inklusive fly-in-fly-out), anrikning, lobbning, stadsflyttar med mera kräver material, främst metaller, mycket metaller. Gruvor är varandras trogna kunder. Norge har hunnit byta merparten av sina fossilbilar mot elbilar. De behövda metallerna fick bilfabrikerna bevisligen fram, på något sätt, någonstans i världen. Samtidigt fortsätter den norska (gröna) fossiloljan och (gröna) fossilgasen strömma ut ur det egna territoriet som om. Något slutdatum har inte ens börjat diskuteras. Likaså något slutdatum på flyg som går på fossilt finns inte heller någonstans i världen. Och allt fler krig pågår på olika ställen på vår lilla planet, och alla stora krigsleksaker där går självklart på fossilt, utöver all övrig fast, flytande och gasformig smuts som ett "modernt" krig kan bjuda på. Vad var det igen som har ställts om, eller håller på att ställas om?

Skilja agnarna från vetet

Vilka gruvor eller verksamheter krävs nu för omställningen? Några negativa förslag har nämnts: "guldgruvor är helt onödiga för omställningen", "kryptominering bör förbjudas, den förbrukar serverhallar och el utan någon nytta alls" med mera. Visst är vissa verksamheter bra att ha, såsom järnväg, och lite elproduktion i vattenkraftverk, vindkraftverk, eller solkraftverk. Och mat på bordet vill några kanske också ha. Men vilka gruvor är nu goda och behövda för den verkligen gröna omställningen? Inga. Det finns inget vete inom gruvbranschen, bara agnar. Gruvor är lika onödiga som krig eller artificiell dummhet ("artificial stupidity", AS, ibland även "artificiell intelligens", AI). Å ena sidan finns det gigantiska mängder material, inklusive sällsynta metaller, som redan är uppgrävda, gömda i gruvavfall, övrigt avfall, bilar, serverhallar, vapen, krigsruiner, flygplan, flygplatser och deras "säkerhetssytem", digitalt som har slutats "säkerhetsuppdateras", oljeplattformar, tankfartyg, oljeraffinaderier, motorvägstillbehör, parkeringsplatstillbehör, rörledningar för fossilt, med mera. Å andra sidan är förbrukningen för en viss verksamhet inte ristad i sten. Det går att minska förbrukningen för järnvägen, hemdatorer, vindsnurror, hela elsystemet, och mycket annat. Med tillräcklig politisk vilja går det att få tag på den material som redan är uppe, och samtidigt minska förbrukningen till den grad att en balans kan uppnås, så att inget behöver någonsin grävas upp igen. Vissa material går att utvinna från avloppsvatten eller havsvatten. Detta bedöms vara olönsamt sålänge som gruvor finns, men utan gruvor kan denna möjlighet bli gångbar. Även helium kan då utvinnas från luften.

Göra om material till annat material

Efterfrågan efter sällsynta metaller ökar. Skulle en kunna göra till exempel indium eller koppar av järn? Eller göra om den onda koldioxiden till något som inte förstör klimatet? Det går ju att göra både vätgas och helium av fossilgas, eller bensin av kol, eller fejkkött av växter.

Möjligheter att "göra om" material begränsas av naturlagar. Förenklat sagt kan ämnen delas upp i:

• grundämnen (såsom guld eller radon, av 118 grundämnen listade i det periodiska systemet förekommer 90 i naturen, men i starkt varierande mängd)
• kemiska föreningar (såsom svavelsyra eller metan)
• blandningar (såsom fossilgas, bensin, öl)

Helium går att utvinna från fossilgas av den enkla anledningen att fossilgas under jorden redan har helium tillblandat. Det räcker att köra en "enkel" separationsprocess, det behövs inte ens en kemisk reaktion. Det går även att utvinna vätgas från fossilgas, men då måste fossilgasens huvudbeståndsdel metan genomgå en kemisk reaktion ("ångreformering"), som ger upphov till vätgas som går att sälja plus koldioxid som ingen vill ha.

Kemi

Den traditionella kemiska läran säger att kemiska föreningar kan reagera till andra kemiska föreningar som kan ha helt olika egenskaper och annat aggregationstillstånd. Detta sker genom att atomer under en kemisk reaktion omgrupperas. Däremot är atomer själva oföränderliga, oförstörliga, och eviga. Det går inte att göra om ett grundämne till ett annat grundämne. Det finns begränsningar vilka atomer som kan kombineras med vilka. Till exempel helium kan inte förenas med något annat grundämne alls.

Det tillkommer att möjliga reaktioner inte alltid går åt det håll som en gärna skulle ha. Vi kan särskilja tre typer av reaktioner:

• spontana reaktioner som börjar ske omedelbart då ämnen ifråga träffar på varandra, till exempel järn börjar lösas upp i svavelsyra så snart som det kastas in
• spontana reaktioner som behöver "hjälp" för att komma igång, till exempel dieselolja som läcker ut och kommer i kontakt med luft börjar inte brinna direkt av sig själv, men efter att ha tänds med tändsticka eller kontakt med en het yta brinner den alldeles våldsamt och är svår att släcka
• reaktioner som inte är spontana, till exempel utvinning av järn av järnmalm

Ofta är det så att spontana reaktioner frigör energi i form av värme, medan icke-spontana förbrukar värme. Detta är emellertid inte någon absolut regel, det finns reaktioner som gör tvärtom. I avsaknad av bra exempel kända från vardagen kan istället nämnas avdunstning av vatten vid rumstemperatur, som pågår spontant och förbrukar värme. Visserligen är avdunstning strikt taget inte en kemisk reaktion, men lyder samma lagar.

Icke-spontana reaktioner kan drivas i den önskade riktningen. Detta kräver tillförsel av energi, antingen el (vid elektrolys), eller värme, eller kemisk energi (masugn). I det senastnämnda fallet är det så att en reaktion som är spontan (förbränning av kol) driver en annan som inte är spontan (reduktion av järnmalm till metalliskt järn). Dessutom krävs det ofta teknik som kan vara påkostad, och vissa reaktioner måste drivas via omvägar. Medan förbränning av vätgas kan drivas tillbaka "direkt" genom elektrolys, måste förbränning av polyvinylklorid (PVC) drivas tillbaka via omvägen via vinylklorid och flera andra ämnen och mellansteg, och förbränning av trä kan göras ogjord enbart via den långa krångliga biokemiska vägen från frö till träd.

I SSAB:s masugn i Luleå drivs reduktion av järnmalm genom kolförbränning

Kärnfysik

Med kärnfysikens uppkommst blev klart att det visst går att omvandla ett grundämne till ett annat grundämne, inte genom en kemisk reaktion, utan genom en kärnreaktion. Atomer är inte öföränderliga och eviga, men materia bevaras ändå. Protoner och neutroner som bär lejonparten av atomernas massa kan omvandlas mellan varandra, men inte skapas eller förgöras. Efter ett kärnvapenkrig som våra kära högerpolitiker absolut vill ha kommer troligen stora delar av livet vara utplånade, men summan av antal protoner plus antal neutroner kommer att vara samma.

Det finns viktiga skillnader melan kemiska reaktioner och kärnreaktioner. Energimängder (kallade för "bindningsenergi") vid kärnreaktioner är ungefär 1'000'000 gånger större. Det går att utvinna ungefär 1'000'000 mer energi ur samma massa. Detta är anledningen till kärnvapens ofantligt högre destruktivitet (från en enda liten bomb) jämfört med klassiska explosivvapen. Detta orsakar också den stora skillnaden i transportbehovet mellan kolkraftverk och kärnkraftverk. Det går tåg med kol in i ett kolkraftverk hela tiden, medan ett kärnkraftverk nöjer sig med några få korta tåg per år. Det finns spontana och icke-spontana kärnreaktioner. De spontana frigör alltid energi, medan de icke-spontana förbrukar energi, detta gäller absolut. Kärnreaktioner är mycket svårare att styra. Det är extremt svårt att driva en icke-spontan reaktion. Likaså är det nästan omöjligt att bromsa en spontan, inte ens genom att kraftigt sänka temperaturen. Och många ur energisynpunkt möjliga spontana reaktioner sker inte av sig själv, utan kräver extremt högt tryck och hög temperatur, eller påkostad teknik.

Det finns 90 grundämnen i naturen, från väte med atomnummer 1 som är lättast, till uran med atomnummer 92 som är tyngst, med två hål i sekvensen. Märkligt nog är varken de lätta eller de tunga grundämnena särskilt "nöjda med sig själva". Det går, åtminstone teoretiskt, att köra såväl spontana fusionsreaktioner (sammanslagning) av lätta ämnen till tyngre sådana vilket även frigör energi, som fissionsreaktioner (klyvning) av tunga ämnen till lättare sådana vilket också frigör energi. Men detta går inte att göra fram och tillbaka såklart. Det finns ett energiminimum, och det är beläget vid järn med atomnummer 26, som är därmed stabilast. Det finns ett inherent samband mellan faktumet att det finns relativt mycket järn på jorden och därmed är järn billigt, och detta energiminimum. Processer som skapade jordens metaller under den våldsamma slutfasen i livet av en stjärna som fanns före solen efterlämnade mer järn än andra metaller, eftersom tillverkning av järn var som mest "lönsam" utifrån energisynpunkt. Att tyngre metaller överhuvudtaget uppstod beror på att döende stjärnor inte är perfekta kapitalister, och icke-spontana kärnreaktioner drevs av spontana sådana.

Den mest kända spontana kärnreaktionen är radioaktivitet. Atomkärnor i radioaktiva ämnen genomgår slumpmässigt och var för sig processen där kärnan plötsligt kastar ut en liten laddad partikel eller flera sådana, varvid det uppstår ett annat grundämne. Så omvandlas både uran och torium med flera mellansteg mycket långsamt till bly, så långsamt att en avsevärd del av det ursprungliga materialet finns kvar efter ca 5'000'000'000 år. Alla tre omvandlignssekvenser (två isotoper av uran plus torium) slutar vid bly, vilket såklart är den inherenta orsaken till att det finns mycket mer bly än grannliggande grundämnen såsom titan eller guld som några kanske hellre skulle vilja ha. En biprodukt av dessa processer är helium som är stabilt och ganska rent, och som antingen lämnar jorden, eller "fastnar" någonstans såsom i fossilgas.

Fission av en urankäna (U-235) som den pågår i Oskarshamn eller pågick i Cernobyl

Fission är också spontan, men behöver en hel del "hjälp" i en kärnreaktor eller ett kärnvapen, med föregående mödosam anrikning AKA isotopseparation. Även fusion av lätta ämnen såsom väte är teoretiskt spontan, men ännu svårare att få och hålla igång på jorden där det saknas det extrema trycket som finns gratis och konstant i centrum av stjärnor. Att tillverka det dyrbara litiumet från väte är teoretiskt möjligt, och skulle även vara en spontan reaktion, men den går inte att hålla igång. Ännu värre, de mest "lovande" projekten för fusionsenergi är tänkta att matas med väte plus litium, dvs de ska ur praktisk synpunkt återkalleligt förstöra litium. Att fusionera bara "vanligt" lätt väte som solen gör är inherent omöjligt på jorden, och att fusionera tungt väte kallad för deuterium som utgör ungefär 1/5000 av alla väteatomer (bättre än ingenting) funkar inte heller tillräckligt bra för att kunna alstra energi eller tillverka litium.

Att i industriell skala omvandla ett grundämne till ett annat är i regel inte praktiskt gångbart. Att tillverka litium från väte eller helium fungerar inte på grund av att fusionen går alltför trögt. Att tillverka koppar från järn (tre steg uppåt) skulle vara en icke-spontan reaktion som skulle behöva drivas, en atom i taget. Guld från järn (39 steg uppåt) skulle vara ännu dyrare. Det tillkommer att kärnreaktioner oftast efterlämnar en "svinstia", dvs en blandning av massor av olika typer av atomkärnor, varav många är radioaktiva. Separationsprocesser är möjliga men mycket energi- och tids-krävande. Alternativet är att vänta några miljoner år tills alla kärnor har "tillgodosett sina radioaktiva behov" och nått stabilitet. Det finns bara en omvandlingsprocess som fungerar utmärkt i industriell skala, och det är omvandling av uran till plutonium, två steg uppåt. Den drivs i kärnreaktorer genom att fission av uran-235 producerar neutroner som sedan tränger in i uran-238-kärnor som blir uran-239, och efter två relativt snabba steg spontan radioaktiv omvandling uppstår plutonium-239. Emellertid är även detta plutonium-239 "nergrisat" med andra typer av kärnor vilket ställer till det för kärnvapenterrorister. Tyvärr finns det oavsett ingen vettig användning för detta plutonium, utöver kärnvapen och vissa typer av kärnkraftverk, som båda efterlämnar radioaktivt avfall. Att sanera eller oskadliggöra radioaktivt avfall, som är en "svinstia", dvs en blandning av massor av olika typer av atomkärnor, är teoretiskt möjligt, men innebär inget annat än att aktivt driva kärnreaktioner, vilket inte är praktiskt gångbart.