ثماني مواد تجاوز الطلب عليها النمو

تُعدّ المواد أساس الحضارة. وقد تَحقَّق كل تقدم - من الزراعة إلى الذكاء الاصطناعي - بفضل قدرة البشر على تشكيل المواد والتحكم فيها. إلا أن الطلب على العديد من المواد الأساسية قد تسارع اليوم متجاوزاً قدرات الإنتاج، مما يُنذر باختناقات في النمو المستقبلي. يُعدّ فهم تطور استخدام المواد، من فجر الحضارة الإنسانية إلى عصر الهواتف الذكية والمركبات الكهربائية، أمراً بالغ الأهمية لمواجهة تحديات الاستدامة في القرن الحادي والعشرين. يتتبّع هذا المقال الدور المحوري للمواد في التقدم البشري، ويدرس اتجاهات الاستهلاك الحالية، ويُحلِّل المواد الثمانية الأكثر تأثراً بالإجهاد، ويُقدّم رؤىً حول مستقبل إدارة المواد.

1. مفهوم المواد وتعريفها.

المواد هي مواد أو مكونات ذات خصائص فيزيائية مُحددة تُستخدم كمدخلات في الإنتاج أو البناء. المواد هي مواد طبيعية أو اصطناعية مُصممة للاستخدام في التصنيع والبناء والطاقة والرعاية الصحية والتكنولوجيا، وفي جميع قطاعات الاقتصاد تقريباً.

التصنيف:

لمعادن: الحديد، النحاس، الألومنيوم.

لبوليمرات: البلاستيك (PE، PP، PVC).

لسيراميك: الطوب، الزجاج، الأسمنت.

لمواد المركبة: ألياف الكربون، الخرسانة المسلحة.

لمواد المتقدمة: المواد النانوية، المواد الحيوية، المواد الخارقة.

عائلات المواد الهندسية.

• الخصائص الرئيسية:

• المُقاومة، المتانة، المرونة، التوصيل الكهربائي والحراري، مقاومة التآكل.

• الأثر الاقتصادي:

• وفقاً لمنظمة التعاون الاقتصادي والتنمية (2022)، تُشكِّل قطاعات المواد أكثر من 12% من الناتج المحلي الإجمالي العالمي، وتُوظِّف مئات الملايين من الناس بشكل مباشر وغير مباشر.

2. المواد والمجتمع في التاريخ والحضارات.

على مرّ التاريخ، حدّدت السيطرة على المواد العصور والحضارات:

• العصر الحجري (3.3 مليون - 3000 قبل الميلاد): أدوات مصنوعة من الصوان والسبج.

• العصر البرونزي (3300 - 1200 قبل الميلاد): مكّنت سبائك القصدير والنحاس من صنع أدوات وأسلحة متينة؛ وازدهرت مدن كبرى مثل أور وبابل.

• العصر الحديدي (1200 - 600 قبل الميلاد): انتشر صهر الحديد من الأناضول؛ واعتمدت جيوش روما على السيوف والدروع الحديدية.

• العصور الوسطى (من القرن الخامس إلى الخامس عشر): توسُّع صناعة الزجاج في البندقية، وتشكيل الفولاذ في دمشق (فولاذ دمشق).

• الثورة الصناعية(1760-1840): غذّى الفحم والحديد، ولاحقاً الفولاذ، الإنتاج الضخم، والسكك الحديدية، والتوسع الاستعماري.

الارتباط المجتمعي:

غالباً ما كان إتقان المواد يُؤدّي إلى نموّ الاقتصادات العالمية، والقوة العسكرية، والتأثير الثقافي. على سبيل المثال، مكّنت الخرسانة الرومانية من التوسع الحضري، مما عزّز التجارة والقوة العسكرية.

3. دور المواد في الحضارة الإنسانية.

تُعدّ المواد أساساً لما يلي:

• المأوى والمدن: الطوب، والخرسانة، والفولاذ للجسور، والطرق، والمباني (الفولاذ، والخرسانة).

• الاتصالات: النحاس لخطوط التلغراف، والسيليكون للرقائق الدقيقة.

• النقل: الألومنيوم للطيران؛ والمطاط للإطارات.

• أنظمة الطاقة: الأسلاك النحاسية، وبطاريات الليثيوم أيون، والتوربينات، والألواح الشمسية (الليثيوم، والكوبالت، والسيليكون).

• التطورات الطبية: غرسات التيتانيوم، والبلاستيك القابل للتحلُّل الحيوي لتوصيل الأدوية، والمواد الحيوية.

المُعطيات الكمية:

قدّر المنتدى الاقتصادي العالمي (2022) أن المواد تدعم أكثر من 80% من سلاسل القيمة في قطاعات الطاقة، والتصنيع، والبنية التحتية. يعتمد 70% من قطاعات الناتج المحلي الإجمالي العالمي بشكل مباشر على توافر المواد.

4. الاختراقات التاريخية في مجال المواد.

أعادت بعض الثورات المادية تعريف قدرات البشرية:

• صناعة الخزف المُبكِّرة (حوالي 10,000 قبل الميلاد): سمحت بتخزين الطعام والطهي.

• البرونز (حوالي 3300 قبل الميلاد): الهيمنة العسكرية والزراعية.

• الحديد الزهر (حوالي القرن الخامس قبل الميلاد): أدوات أقوى؛ غذّت الإمبراطوريات الصينية والفارسية والرومانية.

• عملية بسمر (1856): أحدث الإنتاج الضخم للصلب ثورة في مجال البناء.

• البلاستيك الصناعي(الباكليت، 1907): عصر جديد للمنتجات الاستهلاكية.

• إلكترونيات السيليكون الدقيقة(1947 - حتى الآن): أجهزة الكمبيوتر، والإنترنت، والذكاء الاصطناعي.

الأثر الاقتصادي:

• قُدِّر حجم سوق البلاستيك العالمي بـ 712 مليار دولار أمريكي في عام 2024.

• تُحرِّك صناعة الإلكترونيات الدقيقة أكثر من 5 تريليونات دولار أمريكي من النشاط الاقتصادي العالمي السنوي.

5. المواد التقليدية، والجديدة، والمتقدمة.

المواد التقليدية:

• الحجر، والخشب، والمعادن مثل النحاس والحديد والطين.

• معالجة محدودة؛ تُستخدم في أشكالها الأساسية.

• المواد الجديدة (القرنان التاسع عشر والعشرين):

• الفولاذ (عملية بسمر).

• الألومنيوم (عملية هول-هيرولت، ١٨٨٦).

• البوليمرات (النايلون، التيفلون).

• المواد المتقدمة (القرن الحادي والعشرين):

• الجرافين: أقوى من الفولاذ بمئتي مرة، بسُمك ذرة واحدة فقط.

• المواد النانوية: تُحسّن توصيل الأدوية، والإلكترونيات.

• المواد الخارقة: تُعالج الموجات الكهرومغناطيسية لإنتاج عباءات إخفاء وهوائيات مُحسّنة.

توقعات السوق:

من المتوقع أن يصل سوق المواد المتقدمة إلى 400 مليار دولار أمريكي بحلول عام 2040. (أبحاث السوق المتحالفة، 2024).

6. تطور إنتاج المواد واستهلاكها.

من التعدين الحرفي المحلي إلى الإنتاج الصناعي الضخم، تضاعف حجم استخراج المواد وتعقيدها:

• الثورة الصناعية(1760-1840): التعدين الآلي وعلم المعادن.

• القرن التاسع عشر: كان استخراج الموارد إقليمياً؛ وكانت التجارة العالمية محدودة.

• القرن العشرون: أدى الإنتاج الضخم والعولمة والابتكارات الصناعية إلى زيادة هائلة في استهلاك المواد.

• القرن الحادي والعشرون: سلاسل توريد شديدة العولمة؛ واعتماد كبير على المواد النادرة.

معدلات النمو:

• ارتفع استخراج المواد العالمي من 27 مليار طن (1970) إلى 92 مليار طن (2019) - بمعدل نمو سنوي قدره 3.4%.

البصمة الكربونية:

يُمثِّل إنتاج المواد (وخاصةً الصلب والأسمنت والألمنيوم) 23% من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون العالمية.

(وكالة الطاقة الدولية، 2023)

7. الإنتاج العالمي الحالي للمواد.

إنتاج المواد الرئيسية في عام 2024:

• الفولاذ: 1.9 مليار طن (الرابطة العالمية للصلب).

• الألومنيوم: 70 مليون طن.

• النحاس: 22 مليون طن.

• البلاستيك: 400 مليون طن.

• الأسمنت: 4.4 مليار طن.

أهم الدول المنتجة:

• الصين: رائدة العالم في الصلب (60% من إنتاج الفولاذ العالمي)، والأسمنت، والألمنيوم.

• تشيلي: عملاق النحاس (28% من الإنتاج العالمي).

• أستراليا: 52% من إمدادات الليثيوم العالمية.

8. تطور استهلاك المواد.

خمسينيات-سبعينيات القرن الماضي:

• هيمنة الصناعات الثقيلة (الصلب، الأسمنت، النفط).

ثمانينيات-الألفينيات:

• ثورة البلاستيك في السلع الاستهلاكية.

• بداية تخفيف الوزن في قطاع النقل (استبدال الفولاذ بالألمنيوم في الطائرات والسيارات).

ألفينيات-العشرينيات:

• اقتصاد المعلومات: السيليكون والمعادن النادرة أمران أساسيان.

• التحول الأخضر: طلب هائل على الكوبالت والليثيوم والنيكل.

الاتجاه:

يتحول استخدام المواد من الاعتماد على الحجم الكبير (الفولاذ) إلى الاعتماد على القيمة الكبيرة (الليثيوم والمعادن النادرة). ارتفع الطلب على المواد للفرد بنسبة 50% عالمياً بين عامي 1970 و2020.

9. المواد الثمانية التي تجاوز الطلب عليها النمو.

1. النحاس.

• الاستخدامات: الأسلاك، والإلكترونيات، والطاقة المتجددة.

• محركات الطلب: الكهربة، والمركبات الكهربائية.

• المُعطيات: تبلغ فجوة العرض المتوقعة 6,5 مليون طن بحلول عام 2035.

(ستاندرد آند بورز جلوبال، 2022)

• المخاطر: اختناق التحول في مجال الطاقة.

2. الليثيوم.

• الاستخدامات: بطاريات المركبات الكهربائية.

• محركات الطلب: التحول في مجال الطاقة الخضراء.

• المُعطيات: من المتوقع أن يتضاعف الطلب على الليثيوم أربع مرات بحلول عام 2030.

(وكالة الطاقة الدولية، 2023)

• المخاطر: ضعف سلسلة التوريد.

عينة مقطوعة حديثًا من الليثيوم، مع الحد الأدنى من الأكاسيد.

مثلث الليثيوم في أمريكا الجنوبية، والذي يشمل الأرجنتين وبوليفيا وتشيلي.

3. الكوبالت.

• الاستخدامات: كاثودات البطاريات.

• محركات الطلب: المركبات الكهربائية، وتخزين الشبكة.

• المُعطيات: يُستخرج 70% منه في جمهورية الكونغو الديمقراطية، مع توقع حدوث نقص عالمي بحلول عام 2027.

• المخاطر: هيمنة المناطق غير المستقرة على العرض.

خام الكوبالت.

تطوّر استخراج الكوبالت وتكريره.

٤. النيكل.

• الاستخدامات: البطاريات، الفولاذ المقاوم للصدأ.

• عوامل الطلب: احتياجات النيكل المستخدم في البطاريات (الفئة ١).

• المُعطيات: ينمو الطلب على النيكل للبطاريات بنسبة ٢٠٪ سنوياً.

• المخاطر: نيكل محدود من الفئة ١.

٥. الجرافيت.

• الاستخدامات: الأنودات في بطاريات أيونات الليثيوم.

• عوامل الطلب: نمو السيارات الكهربائية.

• المُعطيات: من المتوقع نقص الجرافيت الطبيعي ابتداءً من عام ٢٠٢٥.

• المخاطر: هيمنة الصين على عمليات المعالجة.

٦. العناصر الأرضية النادرة (Rare Earth Elements).

• الاستخدامات: المغناطيس، توربينات الرياح، الإلكترونيات.

• عوامل الطلب: الطاقة النظيفة، الدفاع.

• المُعطيات: تسيطر الصين على ٧٠-٨٠٪ من تكرير العناصر الأرضية النادرة.

• المخاطر: تسيطر الصين على التكرير.

٧. الفضة.

• الاستخدامات: الألواح الشمسية، الإلكترونيات.

• عوامل الطلب: طفرة الطاقة المتجددة.

• المُعطيات: من المتوقع أن يتضاعف الطلب على الفضة من الطاقة الكهروضوئية ثلاث مرات بحلول عام ٢٠٣٠.

• المخاطر: توسع محدود في التعدين.

خام الفضة

تطوّر الإنتاج العالمي للفضة

٨. القصدير.

• الاستخدامات: اللحام في الإلكترونيات.

• محركات الطلب: توسع أشباه الموصلات.

• المُعطيات: من المتوقع أن يرتفع الطلب على القصدير في الإلكترونيات بنسبة ٥٠٪ بحلول عام ٢٠٣٠.

(دراسة معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، ٢٠٢٣)

• المخاطر: احتياطيات عالمية ضئيلة.

10. التقليل من المواد مقابل زيادة استهلاك المواد.

مفهوم التقليل من المواد وأمثلة عليه:

• استخدام مواد أقل لتقديم نفس الخدمة.

لهواتف الذكية تحل محل أجهزة متعددة (كاميرا، نظام تحديد المواقع العالمي، حاسوب).

لب مشروبات أرق توفر ملايين الأطنان من الألمنيوم، وسيارات أخف وزناً، وأجهزة إلكترونية مصغرة.

الاتجاه المعاكس - تكثيف المواد:

• تحتاج توربينات الرياح إلى 200-400 طن من الفولاذ لكل ميغاواط.

• تستهلك بطاريات السيارات الكهربائية 180 كغ من المعادن لكل مركبة.

(وكالة الطاقة الدولية، 2021)

• تتطلب الألواح الشمسية الفضة بكميات كبيرة.

11. مستقبل إنتاج واستهلاك المواد.

الاستراتيجيات الرئيسية:

• الاقتصاد الدائري: إعادة الاستخدام وإعادة التدوير، والتصميم من أجل الاستدامة. مثال: مبادرة تيسلا لإعادة تدوير البطاريات.

• الاستبدال: بدائل مثل بطاريات أيونات الصوديوم (التي تحل محل الليثيوم)، والمواد المُصنّعة في المختبر، والسبائك المطبوعة بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد.

• التعدين الحضري: استخراج المعادن من النفايات الإلكترونية (بقيمة 57 مليار دولار أمريكي سنوياً.

الاحتياجات المتوقعة من المواد بحلول عام 2050:

• استخراج 120 مليار طن سنوياً.

(برنامج الأمم المتحدة للبيئة)

• مطلوب زيادة ثلاثة أضعاف في معادن البطاريات.

• يجب مضاعفة معدلات إعادة التدوير ثلاث مرات لتحقيق أهداف المناخ.

• الابتكارات:

• التعدين الحضري (استخراج المواد من النفايات الإلكترونية).

• المواد الحيوية (البلاستيك والمركبات المشتقة من النباتات).

الإجراءات السياسية:

• القانون الأوروبي للمواد الخام الحرجة (2023).

• قانون خفض التضخم الأمريكي (2022) - حوافز لسلاسل توريد المواد المحلية.

الخلاصة.

لطالما شكّلت المواد الحضارات والاقتصادات ومستقبل البشرية. من أدوات السبج القديمة إلى المواد النانوية، يروي تاريخ البشرية قصة المواد. واليوم، ومع تجاوز الطلب على العناصر الأساسية العرض، تقف الحضارة عند مفترق طرق. وتقف ثماني مواد أساسية في قلب معضلة عالمية: الطلب المزدهر يصطدم بنمو مقيد. على الرغم من أن تقليل المواد يُبشّر بالخير في بعض القطاعات (الاتصالات، واستخدام الورق)، إلا أن الانتقال إلى اقتصاد أخضر يُفاقم، على نحوٍ مثير للسخرية، كثافة المواد. وعلى الرغم من بعض المكاسب في الكفاءة، فإن التحولات في الطاقة الخضراء تُضخّم استهلاك المواد الإجمالي. وبينما لا يُقدّم تقليل المواد سوى راحة محدودة، فإن الواقع هو مستقبلٌ يشهد كثافة مواد متزايدة مدفوعةً بتحولات الطاقة الخضراء والرقمنة. سيتطلب تحقيق التوازن بين الرخاء والتقدم التكنولوجي وإدارة إنتاج المواد واستهلاكها في المستقبل وحدود الكوكب ابتكاراً جريئاً وتعاوناً عالمياً وتحولاً اقتصادياً منهجياً نحو الاقتصاد الدائري والاستدامة. عندها فقط يُمكن للبشرية أن تُوازن بين الرخاء وصحة الكوكب.