Forfattet av Vaclav Smil.
Norsk oversettelse: Ove Bengt Berg

Vaclav Smil: Den moderne verden kan ikke eksistere uten sement, stål, plast og ammoniakk.
Bare fossilt brensel kan produsere dette. (Originaltekst TIME 12.mai 2022).

Moderne samfunn ville vært umulige uten masseproduksjon av mange menneskeskapte materialer. Vi kunne hatt en velstående sivilisasjon med rikelig med mat, materielle bekvemmeligheter og tilgang til god utdanning og helsetjenester uten mikrobrikker eller personlige datamaskiner: Vi hadde en fram til 1970-tallet, og vi klarte fram til 1990-tallet å ekspandere økonomier, bygge nødvendig infrastruktur og knytte verden sammen med jetfly uten smarttelefoner og sosiale medier. Men vi kunne ikke nyte livskvaliteten vår uten de mange materialene som er nødvendige for å realisere de utallige oppfinnelsene våre.

Fire materialer rangerer høyest på nødvendighetsskalaen, og utgjør det jeg har kalt den moderne sivilisasjonens fire søyler: sement, stål, plast og ammoniakk trengs i større mengder enn andre viktige innsatsfaktorer. Verden produserer nå årlig rundt 4,5 milliarder tonn sement, 1,8 milliarder tonn stål, nesten 400 millioner tonn plast og 180 millioner tonn ammoniakk.

Men det er ammoniakk som fortjener topplasseringen som vårt viktigste materiale: Syntesen av ammoniakk er grunnlaget for all nitrogengjødsel, og uten bruk av ammoniakk ville det være umulig å brødfø nesten halvparten av dagens nesten 8 milliarder mennesker på dagens nivå.

Avhengigheten er enda større i verdens mest folkerike land: tre av fem kinesere er avhengige av syntesen av denne forbindelsen for å kunne brødfø seg. Denne avhengigheten rettferdiggjør at ammoniakksyntesen kalles det mest betydningsfulle tekniske framskrittet i historia: Andre oppfinnelser gir oss komfort, bekvemmelighet, velstand eller forlenger livene våre — men uten ammoniakksyntesen ville vi ikke kunne sikre overlevelsen til milliarder av mennesker som lever i dag og som ennå ikke er født.

Plast er en stor gruppe syntetiske organiske materialer som har det til felles at de kan støpes i ønsket form — og nå finnes de overalt. Mens jeg skriver dette, er tastene på min bærbare Dell-maskin og den trådløse musen under høyre håndflate laget av akrylnitrilbutadienstyren, jeg sitter på en svingbar stol trukket i polyesterstoff, og nylonhjulene hviler på en teppebeskyttelsesmatte av polykarbonat som dekker et teppe av polyester. Men plast er nå helt uunnværlig i helsevesenet generelt og på sykehusene spesielt. Livet begynner (på fødeavdelinger) og slutter (på intensivavdelinger) omgitt av plastgjenstander som først og fremst er laget av ulike typer PVC: fleksible slanger (for mating av pasienter, oksygentilførsel og blodtrykksmåling), katetre, intravenøse beholdere, blodposer, steril emballasje, skuffer og kummer, sengebunner og sengegrinder, varmetepper.

Stålets styrke, holdbarhet og allsidighet bestemmer utseendet til den moderne sivilisasjonen og muliggjør dens mest grunnleggende funksjoner. Det er det mest brukte metallet, og det utgjør utallige synlige og usynlige kritiske komponenter i den moderne sivilisasjonen, fra skyskrapere til skalpeller. Dessuten er nesten alle andre metalliske og ikke-metalliske produkter vi bruker, utvunnet, bearbeidet, formet, ferdigstilt og distribuert ved hjelp av verktøy og maskiner laget av stål, og ingen av dagens massetransportmidler kunne fungert uten stål. En gjennomsnittsbil inneholder omtrent 900 kilo stål, og før covid-19 rammet, produserte verden nesten 100 millioner biler i året.

Sement er selvsagt den viktigste komponenten i betong: Sammen med sand, grus og vann utgjør det det mest massivt anvendte materialet. Moderne byer er bygget av betong, og det samme gjelder broer, tunneler, veier, demninger, rullebaner og havner. Kina produserer nå mer enn halvparten av verdens sement, og de siste årene har landet på bare to år produsert like mye sement som USA gjorde i løpet av hele det 20. århundret. Enda en forbløffende statistikk er at verden nå bruker mer sement på ett år enn den gjorde i løpet av hele første halvdel av 1900-tallet.

Og disse fire materialene, som er så ulike i egenskaper og kvaliteter, har tre fellestrekk:

De kan ikke uten videre erstattes av andre materialer (i hvert fall ikke i nær fremtid eller i global målestokk),

• vi vil trenge mye mer av dem i framtida, og masseproduksjonen av dem avhenger i stor grad av forbrenning av fossilt brensel, noe som gjør dem til store kilder til utslipp av klimagasser.
• Organisk gjødsel kan ikke erstatte syntetisk ammoniakk: Det lave nitrogeninnholdet og den globale massen er ikke nok, selv om all husdyrgjødsel og avlingsrester ble resirkulert.
  Ingen andre materialer har så mange fordeler som plast når det gjelder både lettvekt og holdbarhet.
• Ingen andre metaller er så sterke som stål til en overkommelig pris. Ingen andre masseproduserte materialer egner seg like godt til å bygge sterk infrastruktur som betong (ofte forsterket med stål).
• Når det gjelder framtidige behov, kan høyinntektsland redusere sin bruk av kunstgjødsel (ved å spise mindre kjøtt og sløse mindre), og Kina og India, de to storforbrukerne, kan også redusere sin overdrevne bruk av kunstgjødsel, men Afrika, kontinentet med den raskest voksende befolkninga, er fortsatt underforsynt med kunstgjødsel, selv om det allerede er en betydelig matimportør.

Ethvert håp om at Afrika skal bli mer selvforsynt med mat, hviler på økt bruk av nitrogen: Tross alt har kontinentets forbruk av ammoniakk den siste tiden ligget på mindre enn en tredjedel av det europeiske gjennomsnittet.

• Det vil bli behov for mer plast til økende bruk innen medisin (aldrende befolkninger), infrastruktur (rør) og transport (se interiøret i fly og høyhastighetstog).
• I likhet med ammoniakk må stålforbruket øke i alle lavinntektsland med underutviklet infrastruktur og transport.
• Og det vil bli behov for mye mer sement for å lage betong: i rike land for å reparere infrastruktur som forfaller (i USA får alle sektorer der betong dominerer, inkludert demninger, veier og luftfart, karakteren D i landsomfattende ingeniørvurderinger), i lavinntektsland for å utvide byer, kloakker og transport.

Dessuten vil den pågående overgangen til fornybar energi kreve enorme mengder stål, betong og plast. Ingen konstruksjoner er mer åpenbare symboler på «grønn» strømproduksjon enn store vindturbiner — men fundamentene er av armert betong, tårnene, maskinhusene og rotorene er av stål, og de massive rotorbladene er av energikrevende — og vanskelig resirkulerbare — plastharpikser, og alle disse gigantiske delene må fraktes til installasjonsstedene med store lastebiler (eller skip) og settes opp med store stålkraner, og turbinens girkasser må smøres med olje gjentatte ganger. Disse turbinene ville bare generert virkelig grønn strøm hvis alle disse materialene ble produsert uten fossilt brensel. 

Fossilt brensel er fortsatt uunnværlig for å produsere alle disse materialene.

Ammoniakksyntese bruker naturgass både som kilde til hydrogen og som energikilde for å oppnå høy temperatur og høyt trykk. Rundt 85 prosent av all plast er basert på enkle molekyler som stammer fra naturgass og råolje, og hydrokarboner leverer også energi til synteser. Produksjonen av primærstål starter med smelting av jernmalm i masovner i nærvær av koks laget av kull og med tilsetning av naturgass, og det resulterende støpejernet blir til stål i store basiske oksygenovner. Og sement produseres ved å varme opp malt kalkstein, leire og skifer i store ovner, lange, skråstilte metallsylindere, som varmes opp med fossilt brensel av lav kvalitet som kullstøv, petroleumskoks og tung fyringsolje.

Resultatet er at den globale produksjonen av disse fire uunnværlige materialene legger beslag på rundt 17 prosent av verdens årlige totale energiforsyning, og den genererer rundt 25 prosent av alle CO₂-utslipp som stammer fra forbrenning av fossilt brensel. Den gjennomgripende avhengigheten og omfanget av denne avhengigheten gjør det uvanlig utfordrende å avkarbonisere de fire materielle bærebjelkene i den moderne sivilisasjonen: Det vil være langt vanskeligere og mer kostbart å erstatte fossilt brensel i produksjonen av disse materialene enn å generere mer elektrisitet fra fornybar energi (hovedsakelig vind- og solenergi). Etter hvert vil nye prosesser ta over— men i dag finnes det ingen alternativer som umiddelbart kan erstatte store deler av den eksisterende globale kapasiteten: Det vil ta tid å utvikle dem.

Både ammoniakksyntese og smelting av stål kan baseres på hydrogen i stedet for naturgass og koks. Vi vet hvordan vi kan gjøre det — men det vil ta tid før vi kan produsere hundrevis av millioner tonn grønt hydrogen fra elektrolyse av vann ved hjelp av vind- eller solenergi (praktisk talt alt hydrogen i dag kommer fra naturgass og kull). Den beste prognosen er at grønt hydrogen vil dekke 2 prosent av verdens energiforbruk innen 2030, noe som er langt under de hundrevis av millioner tonnene som til slutt vil være nødvendig for å avkarbonisere ammoniakk- og stålproduksjonen. Derimot er det begrensa hvor langt vi kan komme med å avkarbonisere sementproduksjonen ved å bruke avfallsmaterialer og biomasse, og nye prosesser må utvikles og kommersialiseres for å gjøre sement CO₂-fri. På samme måte finnes det ingen enkel måte å avkarbonisere plastproduksjonen på, og tiltakene vil spenne fra råstoff fra planter til mer resirkulering og erstatning med andre materialer.

Og utover disse fire materialpilarene dukker det opp nye og svært energikrevende materialavhengigheter, og elbiler er det beste eksempelet på dette. Et typisk litiumbilbatteri som veier rundt 450 kilo, inneholder rundt 11 kilo litium, nesten 14 kilo kobolt, 27 kilo nikkel, mer enn 40 kilo kobber og 50 kilo grafitt – i tillegg til rundt 181 kilo stål, aluminium og plast. For å levere disse materialene til ett enkelt kjøretøy må man bearbeide ca. 40 tonn malm, og med tanke på den lave konsentrasjonen av mange av grunnstoffene i malmen må man utvinne og bearbeide ca. 225 tonn råmaterialer. Og en aggressiv elektrifisering av veitransporten vil snart kreve at disse behovene mangedobles med flere titalls millioner enheter per år!

Moderne økonomier vil alltid være knytta til massive materialstrømmer, enten det dreier seg om ammoniakkbasert gjødsel for å fø den stadig voksende verdensbefolkninga, plast, stål og sement som trengs til nye verktøy, maskiner, strukturer og infrastrukturer, eller nye innsatsfaktorer som kreves for å produsere solceller, vindturbiner, elbiler og lagringsbatterier. Og inntil all energi som brukes til å utvinne og bearbeide disse materialene, kommer fra fornybare kilder, vil den moderne sivilisasjonen forbli grunnleggende avhengig av det fossile drivstoffet som brukes i produksjonen av disse uunnværlige materialene. Ingen kunstig intelligens, ingen apper, ingen påstander om en kommende «dematerialisering» vil endre på dette.