Az univerzum kincse, a Föld egyik legértékesebb nemesféme: az arany
A világ egyik legnagyobb becsben tartott anyaga, a páratlanul sokoldalú és kiváló ellenálló képességgel rendelkező arany értékét pont az adja, hogy földi mennyisége véges. Az univerzumban viszont még rengeteg kiaknázatlan lelőhely lehet, de a kisbolygók bányászata éppen ezért a világgazdaságot is összeroppanthatja. A Földön az újrahasznosítás, az űrben pedig az új lelőhelyek adnak reményt a széles körben helytálló arany utánpótlásának biztosítására – az biztos, hogy sem az elektronikai ipar igényei, sem az űripar szükségletei nem csökkennek majd a nemesfém iránt a következő években.
Így jön létre az arany az univerzumban
Egymilliomod másodperccel az ősrobbanás után, amikor a legkorábbi protonok és neutronok létrejöttek, az univerzum még álmodni sem mert nehéz elemekről. A világegyetem 300 ezer éves korára hűlt le annyira, hogy kialakulhassanak az első hidrogén és hélium atomok, amik pár száz millió évvel később már a legkorábbi csillagok belsejében vettek részt fúziós reakciókban. Ezek az univerzumot elsőként bevilágító csillagok, amelyeket a kutatók várakozásai szerint a James Webb űrteleszkóp megpillanthat majd, még szinte kizárólag hidrogénből és héliumból álltak. Amikor viszont szupernóvák formájában felrobbantak, szétszórták az első, lítiumnál nehezebb elemeket a kozmoszban, így a következő generációs csillagokban már ezek aránya is nagyobb volt.
Sokáig úgy tűnt, hogy az igazán nehéz elemek, mint az arany (Au) masszív csillagok szupernóva-robbanásai során keletkeznek, amikor a fúziós reakciók által vassá alakult magjuk egyszer csak összeomlik, és ennek lökéshulláma szétszakítja az egész csillagot és előállítja ezeket az elemeket. Aztán 2015-ben az akkor a Massachusettsi Műszaki Egyetem (MIT) kutatója, Alex Ji meglepő felfedezést tett. Egy közeli törpegalaxis, a Reticulum II egy halvány csillagában nagy mennyiségű európiumot (Eu), egy aranynál is ritkább elemet mutattak ki. A chilei Magellan Clay teleszkóppal végzett megfigyelések feltárták, hogy kilenc vizsgált csillagból hétnél ugyanez a helyzet a galaxisban, ami a kutatók szerint arra utal, hogy ezek a csillagok azután keletkeztek, hogy egy ritka esemény teleszórta a Reticulum II-t európiummal. A Nature folyóiratban 2016-ban közzétett tanulmányukban neutroncsillagok összeolvadását jelölték meg lehetséges megoldásként, még az 1970-es években kidolgozott hipotézisek alapján.
Egy évvel később csillagászok először észleltek két neutroncsillag összeolvadásából keletkező gravitációs hullámokat (az azt kísérő gamma-kitöréssel), valamint az ütközés utófényét. A kozmikus esemény nem csak a többcsatornás csillagászat egyik első diadala volt, de a látható tartományú utófény vizsgálatával azt is meg lehetett állapítani, hogy milyen elemek keletkeznek az egzotikus folyamatban. Az ütközésben a naptömeg 5 százalékával egyenértékű nehéz elem, többek közt arany és platina jött létre, ami után a csillagászok gyorsan elfogadták, hogy ezek neutroncsillagok összeolvadása során termelődnek. Eredetük azonban valószínűleg mégsem ilyen egyszerű, egy 2020-ban közölt tanulmány szerint nagyon ritka szupernóva-robbanások is szerepet játszhatnak benne.
De még így sem keletkezik elég arany ahhoz, hogy az univerzumban vélt mennyisége kijöjjön, tehát az is lehetséges, hogy túlbecsüljük, mennyi van belőle valójában.
Aranyat érő hulladéklerakók
A ritka és felfoghatatlan energiájú kozmikus folyamatokból keletkező arany már jelen volt abban a molekulafelhőben, amiből a Nap és bolygórendszerünk 4,6 milliárd évvel ezelőtt formálódott. Ahogy a csillag körül keringő apró bolygókezdemények elkezdtek összeállni, és létrehozták az ősi Földet, a nehezebb elemek bolygónk mélyébe, a magba süllyedtek. Egy 2011-ben, a Nature-ben publikált tanulmány szerint emiatt a hozzáférhető arany nagy része a 3,8-4 milliárd évvel ezelőtti késői nagy bombázás (late heavy bombardment) során került bolygónkra, amikor a Földet és a Holdat számtalan kisbolygó és üstökös találhatta el. Ma a Napban hozzávetőleg 2,5 trilliárd kilogramm arany található, ami bőven elegendő lenne a Föld kb. 1,3 trilliárd kilogramm tömegű óceánjainak megtöltésére.
Ezek egy része a lemeztektonikai folyamatok beindulásával lesüllyedt a földköpenybe, ahonnan egy 2017-ben, chilei kutatók által közölt vizsgálat szerint különböző helyeken köpenyhőoszlopok és vulkáni aktivitás révén újra a kéregbe kerülhetett, ami létrehozta a felszín alatti lerakódások egy részét. Kisbolygók és meteoritok révén azóta is érkeznek a Földre ritka fémek, a 66 millió évvel ezelőtti tömeges kihalást okozó Chicxulub-becsapódás például után az irídium mellett arany is lerakódott a földtörténeti középidőt és újidőt elválasztó geológiai határvonalba. A szenes kondrit Chicxulub kisbolygóhoz képest más apró naprendszerbeli égitestek, az M típusú kisbolygók jóval több fémet tartalmazhatnak..
Ma a legnagyobb ismert aranykészlet a dél-afrikai Witwatersrand medencének nevezett, 3 milliárd éves kőzetekből álló geológiai formációban található. Ennek közepén helyezkedik el a Vredefort becsapódási kráter, amely a legnagyobb – és 2 milliárd éves korával az egyik legősibb – ismert kráter a Földön. A Chicxulub kisbolygónál is nagyobb égitest becsapódásának köszönhetően a geológiai formációban rejtőző arany a felszín közelébe került a mai Johannesburg környékén. Az aranyat 1886-ben fedezték fel a területen, ami elindította a witwatersrandi aranylázat és a város megalapítását, ami 10 év alatt Fokvárosnál is nagyobbra nőtt. Az értékes bányák feletti kontroll és az aranylázzal Fokföldről a két búr köztársaság (Transvaal Köztársaság és Oranje Szabadállam) területére érkező brit telepesek súlyos konfliktusokat okoztak a brit birodalom és a köztársaságok között, ami a több tízezer áldozattal járó második búr háborúhoz vezetett.
Az arany bányászata folyók hordalékából történő aranymosással kezdődött a kőrézkorban, majd az ókori Rómában már irányított vízfolyások segítségével tárták fel az ércteléreket. A középkorban már mélyebben a felszín alól is kitermelték a nemesfémet – a 14-15. századi Európában a legjelentősebbek közé tartoztak a Magyar Királyság a mai Szlovákia területén található Körmöcbánya környéki bányái. Ma az aranyat nagyrészt ércekből bányásszák hatalmas külszíni fejtésekben, mint amilyen a nevadai Goldstrike aranybánya. 2006-ig a Dél-afrikai Köztársaság volt a világ vezető aranytermelője, de azóta számos ország megelőzte. A világ aranytermelésének 11 százalékát 2020-ban Kína, 9,9 százalékát Ausztrália, 9,3 százalékát Oroszország, 5,9 százalékát az Egyesült Államok és 5,2 százalékát Kanada állta.
A földi aranykészletek végessége és az arany értéke hívja életre azokat a vállalkozásokat, amelyek az arany használati tárgyakból történő visszanyerésén dolgoznak. A hulladékként kezelt elektronikai eszközökben ugyanis rengeteg értékes fém található, amiket, ha megfelelően kezeljük, új eszközök gyártásában lehetne használni. Egy új-zélandi startup mikrobiológiai eljárással dolgozik azon, hogy az elektronikai hulladékból mikrobák segítségével gyűjtse vissza az aranyat, és mellette palládium és réz kinyerésével is foglalkoznak. A cég szem előtt tartja, hogy ez a folyamat minél kevésbé legyen káros az ott dolgozóknak, ugyanis az arany hulladékeszközökből (elsősorban égetéssel) történő kinyerése meglehetősen környezetterhelő és egészségkárosító eljárás, ahogy az az Insider Business videójából is kiderül.
Nem csak ékszert készíthetnek belőle
Az első ismert aranytárgyakat több mint 6 ezer évvel ezelőtt készítették a mai Bulgária területén, ami után több ezer évig ékszerek, érmék és művészeti tárgyak alapanyagát adta. Ez ma is visszaköszön az arany felhasználásában: a tavaly kitermelt 3600 tonna 47 százalékát ékszerek, 37 százalékát aranyrudak, 9 százalékát érmék és medálok gyártására használták fel az Egyesült Államok Földtani Intézete (USGS) szerint. Az arany azonban ezeknél valamivel meglepőbb területeken is kritikusan fontos.
Az aranyat kivételes fizikai és kémiai tulajdonságai teszik alkalmassá széleskörű ipari felhasználásra. Az csak egy dolog, hogy a jól ismert és elterjedt elektronikai chipek egyik fontos alkotója, mellette hőtükrök, valamint az infravörös sugárzást visszaverő ablakok, kémlelőnyílások is készülnek belőle, amikor üveggel kombinálják. Az arany sűrűsége és sokoldalúsága páratlan: olyannyira jól alakítható, hogy gyakorlatilag egy atom vastagságú szállá húzható anélkül, hogy a művelet szakadással vagy jelentős felülkeményedéssel járna (1 gramm aranyból pedig kb. 1 négyzetméteres aranyfólia készíthető). Emiatt a visszanyert arany is jól újrahasznosítható lenne, ha sikerül megtisztítani az ötvözőktől és a szennyezőktől.
Az iparban legjellemzőbb felhasználási környezete az elektronikai ágazat, az iparban használt arany 80 százalékát ez a szektor veszi fel, azon belül is a jelenleg felszálló elektromosautó-ipar szívja fel az alapanyagot. Emellett egy sor további elektronikai eszközbe építik be: számítógép-alkatrészek, mobiltelefonok, monitorok és tévék alaplapjain is használják. Remek vezető, nem korrodál, ezért megbízhatóan biztosítja az alacsony feszültséggel és áramerősséggel működő chipek működését.
Túl az elektronikai ágazaton, az orvostechnikai iparban és a fogászatban is előnyös tulajdonságai miatt használják. Biokompatibilitása az ékszerek esetén is előnyt jelent, de sztenteket (értágító hálókat) és más orvosi implantátumokat, fogászati csapokat is gyártanak belőle. Magas ára, értéke és hozzáférhetősége miatt viszont a kutatók folyamatosan dolgoznak azon, hogy alternatív, az aranynál olcsóbb megoldásokat találjanak. Magyarországon a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetemen az aranyhoz hasonlóan kompatibilis fémek és megfelelő tulajdonságokat biztosító bevonatok tesztelésével is foglalkoznak.
Aranyat a repülőgép- és az űriparban is széles körben használnak, nemcsak áramkörökben, hanem bevonatként is. Az arannyal bevont poliészterfóliák a járművek alkatrészeit képesek megvédeni az erős infravörös sugárzástól, azáltal, hogy visszaverik azt a felsőbb légköri rétegekben és azokon túl. Szintén ebben az ágazatban nyer értelmet egy másik előnyös tulajdonsága az aranynak: az arany alacsony nyírószilárdsága alkalmassá teszi arra, hogy kenőanyagként is felhasználják. Az űrben, ahol a szerves kenőanyagok elpárolognának vagy elveszítenék kenőképességüket a bomlás következtében, ott az arany szilárd molekulái képesek ellátni ezt a felületet az egymáson súrlódó felületek között.
Bányászni a Föld közelében elhaladó kisbolygókból is lehetne
De mi lenne, ha az aranyat nem a Földön bányásznánk, vagy újrahasznosítanánk, hanem onnan szereznénk be, ahonnan eredetileg bolygónkra jutott, azaz kisbolygókból. Eddig (a Rosetta űrszonda gyors, 21 Lutetia melletti elhaladásán kívül) egyetlen fémben gazdag kisbolygót sem vizsgált alaposan űrszonda, de ez hamarosan megváltozhat. A NASA egy év csúszással, idén ősszel tervez szondát indítani a 16 Psyche kisbolygóhoz, ami annak köszönheti az ismertségét, hogy egyes becslések 700 trillió dollárra tették az értékét a rajta található nemesfémek miatt.
Aztán kiderült, hogy nem ennyire jó a helyzet. 2021-ben rádió- és optikai teleszkópokkal végzett megfigyelések megállapították, hogy a 16 Psyche nem egy, a Naprendszer kaotikus korai szakaszából megmaradt kőzetbolygómag-maradvány lehet, és nagyobb fémkoncentrációk csak felszínének egyes részein fordulnak elő, amiket ősi vasvulkanizmus (ferrovolcanism) hozhatott létre. Egy évvel később csillagászok arra jutottak, hogy a Psyche nagyon porózus, ami lényegében lehetetlen, ha többnyire vasból és más fémekből áll. A helyzetet a 2026-ban megérkező Psyche űrszonda vizsgálatai tisztázzák majd, de nem érdemes nagy tételben fogadni arra, hogy a kisbolygó 700 trillió dolláros kincset tartalmaz.
Ahogy ezt pár éve körbejártuk, ez nem is feltétlen baj, mert ha tényleg kibányásznánk a Psyche által rejtett aranyat, az elértéktelenítené a világgazdaságnak még ma is fontos fémet. Egy 2014-es elemzés szerint a technológiai kérdések mellett a legnagyobb kihívás a kisbolygóbányászat előtt makrogazdasági: ha beindul, jelentősen megugrik a rendelkezésre álló nyersanyagok mennyisége, ami a kereslet és így az árak bezuhanásához vezetne. Amellett, hogy ez átrendezné a világgazdaságot, kétségessé tenné, hogy mennyire éri meg magáncégeknek a kisbolygóbányászat, amihez a mainál lényegesen fejlettebb és nagyobb űrszondákra lenne szükség. Ezt jól mutatja, hogy a Bennu kisbolygótól szeptemberben hazaérő ORIRIS-REx hozza vissza az eddigi legtöbb anyagot egy kisbolygóról: 1-2 kilogrammot.
A makrogazdasági kérdőjelekre részben megoldás lehet, hogy a Naprendszerben kitermelt erőforrásokat az űrben használják fel űreszközök vagy űrállomások építésére, így azokat nem a Földről kellene rakétákkal feljuttatni. A következő egy-két évtizedben a technológiai kihívások miatt biztosan nem kell arra számítani, hogy a kisbolygók felváltják a földi bányákat, és az ércek kitermelésénél egyelőre realisztikusabb cél lehet a Hold és apró égitestek vízkészletének kiaknázásában gondolkodni, amiből az űrutazás legértékesebb árucikke, hajtóanyag gyártható.
Kapcsolódó cikkek a Qubiten:
