Долгосрочные перспективы ресурсного обеспечения технически развитой цивилизации

[AlexAV]

Плохо, очень. А извлекать феррохром из ржавчины никак?

Ну нержавеющая сталь на то и нержавеющая, что в более менее обычных условиях практически не подвержена коррозии, т.е. ржавчине здесь браться обычно неоткуда.

Что касается переработки лома - то если есть лом представляющей собой смесь разных сортов стали прямая переплавка которого не может дать кондиционный продукт, то выделить из него хром технически можно, причём не слишком сложно. Хром имеет большее сродство к кислороду, чем железо и поэтому при окислении расплавленного металла практически полностью будет уходить в шлак.

Т.е. если этот лом, содержащий нержавеющую сталь, загрузить в мартеновскую печь и подвергнуть переработке в стандартном мартеновском процессе, то почти весь хром из лома перейдет в шлак, который в этом случае станет довольно концентрированным сырьём для дальнейшего химического выделения и очистки хрома. Аналогично себя будет вести другой важный легирующий элемент - ванадий. А вот с никелем хуже, какого-то простого способа выделить никель из стального лома нет.

Что касается возможных источников хрома после исчерпания нормальных руд, то тут нужно отметить то, что хром (а также фосфор, марганец и ванадий) могут быть очень-очень естественными побочными продуктами при выплавке железа. Точнее металлургию железа можно построить так, чтобы попутно с железом из руд одновременно выделись бы и хром, марганец, фосфор и ванадий (в едином цикле). Тут технологии можно стрить на основе того, что коэффициент распределения хрома, марганца, фосфора и ванадия между шлаком и фазой жидкого железа может менять в широком диапазоне в зависимости от Red/Ox потенциала шлака. При Red/Ox близком к точке начала восстановления кремния перечисленные 4 компоненты практически полностью будут переходить в фазу жидкого железа, а при Red/Ox потенциале близком к Red/Ox потенциалу расплава FeO эти же компоненты практически полностью будут переходить в фазу шлака. Это позволяет в первой фазе перевести  хром, марганец, фосфор и ванадий из рудного материала почти полностью в жидкое железо, а на второй легко отделить их от жидкого железа в небольшой объём шлака, где они уже будут содержаться в высоких концентрациях, пригодных для их дальнейшего выделения и очистки гидрометаллургическими методами.

Для этого правда стандартные технологии производства железа (доменный процесс или прямое восстановление) не очень подходят. Чтобы описанное осуществить скорее придётся плавить руду в электропечах, причём на поздних фазах плавки тут потребуются восстановители более сильные, чем кокс (скажем карбид или силицид кальция). Ну и количество хрома, которое можно будет получить таким образом будет весьма ограниченным (соотношение хром/железо в породах значительно меньше отношения текущего потребления хрома к потреблению железа). Полной катастрофы этот источник, наверно, позволит избежать (т.е. избежать ситуации, когда даже контактный провод железной дороги сделать не из чего). Но острый дефицит высококачественной стали без доступа к нормальным хромовым рудам не отменит.

P.S. Кстати при получении железа из низкокачественных руд путям их восстановительной плавки при желании ещё в качестве побочного продукта можно получать цинк, кадмий и ртуть. В доменном процесс и вообще при восстановительной плавке породы эти металлы практически количественно испаряются и уходят с отходящими газами, если из этих газов отфильтровать пыль или пропустить через колонку с серной кислотой, то пыль или кислота в колонке будет накапливать весьма значительные концентрации металлов IIB группы. Впрочем тут, как и в случае с хромом, объём получаемых металлов IIB группы будет определяться отношением кларка металла к кларку железа, который даже для цинка мал (1:416 в осадочных породах), не говоря уж о кадмии и ртути. 12.7 млн. тонн цинка, которые потребляются сегодня, так получить невозможно, но в каких-то количествах он из подобного источника будет доступен. 

[AlexAV]

Чтобы там была нужна именно хромовая сталь нигде не увидел.

Для сталь-алюминиевых контактных проводов железнодорожного транспорта используют нержавеющую сталь (для проводов ЛЭП и медностальных проводов обычно используют стали попроще, но в контактном проводе нужна именно нержавеющая, иначе добиться необходимого сочетания устойчивости к дуговому износу, механическому износу и коррозии не получится). А она без хрома и никеля как-то не получается.

Нужно сказать, что сейчас контактные провода железной дороги делают почти на 100% медными и сталемедными (контактная поверхность медь, несущий трос - углеродистая сталь с антикоррозионным покрытием). Сталь-алюминиевые даже несмотря на дороговизну меди практически не используются. Дешевые варианты вроде алюминий-углеродистая углеродистая сталь тут не идут (износ получается неприемлемо большим), а провод со сложнолегированной нержавеющей сталью (вроде 12Х18Н10Т) не так чтобы сильно дешевле медного.

Очень даже достаточное количество.

Получится типичный попутный элемент, количество которого жестко привязано к производству алюминия. Алюминия сейчас производится около 60 млн. тонн, т.е. попутного диоксида титана около (если даже потребление алюминия при его получение столь дорогим методом останется на современном уровне, что сомнительно) - 5.7 млн. тонн. А текущее потребление около 8.4 млн. тонн. В общем не так уж и много его оттуда получится (хотя, да, титан элемент сравнительно распространенный и разрыв между количеством потенциально доступного титана как побочного продукта к алюминию из бедных источников и существующей потребности в нем не так велик).

[AlexAV]

Разработан дешёвый метод добычи аккумуляторного лития из морской воды

Мембраны из титаната лантана и платино-рутениевые аноды... Не будет это дешевым, просто видимо авторы забыли стоимость оборудования посчитать. Да и с масштабируемостью тут очевидные проблемы будут. И лантан и, обособленно, рутений - сырьё крайне дефицитное. Вообще не выглядит это как что-то пригодное для промышленного извлечения лития.

[AlexAV]

Лантан в общем более распространенный элемент чем литий, если один килограмм лантана позволит добыть сто килограмм лития, овчинка явно стоит выделки.

Кларк лития и лантана соизмеримы (у лития 20 ppm, у лантана - 32 ppm). Лантан - довольно редкий элемент, плюс его химия делает его довольно трудноизвлекаемым. Решать проблему с литием с помощью метода требующего очень много лантана (а с учётом ничтожной производительности их мембран, судя по статье около 2.5 кг/ год на м2, его потребуется очень много) - очень сомнительное достижение. И там судя по всему будет размен не 1 одного килограмма лантана на 100 кг лития, а что-то масштаба 1 кг лантана на 10 кг лития (слабо верится, что в реальной морской воде эти мембраны будут жить более года).

материал электродов может быть тем же что и в дешевых электролизерах используется.

Не получится. В хлорных растворах кроме платино-рутениевых (точнее обычно используют ОРТА, титан покрытый тонким слоем рутения + другие платиновые металлы, но без рутения это всё все равно не работает) вообще ничего не годится (из дешевых в какой-то мере только угольные, но они подвержены сильной эрозии и тут не очевидно, что подойдут).

[AlexAV]

Сейчас хлор получают промышленным электролизом с помощью графитовых электродов.

Раньше получали. Сейчас графитовые электроды практически вышли из употребления (из-за малого срока службы, большой трудоёмкости замены и образования большого количества экологически опасных отходов (материала разрушенных электродов, состоящих их хлорированного графита, с которым непонятно что делать дальше, его даже сжечь нельзя из-за сильной эмиссии диоксина и других подобных веществ)). Сейчас практически монопольно в этой области используют  ОРТА аноды.

При получении лития все эти проблемы графитовых анодов будут ещё менее приемлемы, чем при получении хлора (хотя бы из-за того, что там этих самых анодов будет на много больше по площади и массе).

[AlexAV]

Но главное – когда хром подорожает в быту перейдут к пластику. Трубы, ванны, раковины и т.д.

На критичные потребности надо на порядки меньше, чем сейчас потребляют.

Это сильно не так. Вот структура потребления нержавеющей стали (правда чуть староватая, за 2009 год, но не думаю, что тут что-то принципиально изменилось)



Товары конечного потребления для населения и бытовая техника - это только 21% потребления. Больше половины потребления нержавеющей стали - это производство машин и оборудования (Process industry +  Transport).

Заменить трубы, ванны и раковины в быту на алюминий или пластмасс - не особая проблема, вот только проблему это никак не решает. А вот заменить легированную сталь в нагруженных узлах машин на что-то ещё уже куда сложнее, а часто вообще невозможно, а на это значительная часть нержавеющей стали и уходит.

С титаном кстати не всё так просто. Помимо доступности самого титана нужно смотреть ещё доступность лигатур к нему (а это ванадий, молибден, хром, олово). Список производимых титановых сплавов не содержащих чего-то интересного ограничен чуть ли не только ВТ5 и ВТ5Л(титан легированный 5% алюминия), ВТ1Л (по сути технический титан без специальных добавок) и ОТ4 (4% алюминия, 1% марганца), кажется всё. Сплавы системы титан-алюминий-марганец конечно имеют превосходную устойчивость к коррозии при комнатных температурах, но во всём остальном уже не очень (у них довольно низкая прочность и жаростойкость, выше 350 - 400 градусов их применять нельзя). Надеяться, что ими можно полностью заменить нержавеющую сталь в машиностроении - это не очень серьёзно. Ту же 11Х18М-ШД в подшипниках Вы ВТ5 никак заменить не сможете, подшипник с ВТ5 просто разлетится на следующий день (по прочности, твердости и износостойкости сплавы титан-алюминий сильно уступает сплавам железо-хром, особенно при повышенной температуре).     

[AlexAV]

Вот именно – растворять все металлы и разделять их по мере осаждения. Я уже N раз писал про азотнокислое вскрытие супесей (глин или любой другой мелкодисперсной осадочной породы) с целью получения глинозема.  На тонну глинозема в качестве побочного продукта у нас будет 50 кг диоксида титана. Очень даже достаточное количество.

Попался мне такой вот патент: https://patents.su/2-1700077-sposob-rastvoreniya-dioksida-titana.html , где из написанного следует, что оксид титана вообще в азотной кислоте (без плавиковой или, вероятно, других комплексообразователей) не растворяется. В связи с эти появились некоторые сомнения, что описанным способом титан вообще получится извлечь (диоксид титана точно растворим в концентрированной серной кислоте, но она, если не ошибаюсь, даёт довольно устойчивые сульфатные комплексы, а вот получится ли что-то с некомплексообразующей кислотой - тут появились некоторые вопросы). Надо будет литературу ещё покопать.

[AlexAV]

Можете пожалуйста подкинуть ссылки, где говориться что контактные провода требуют хромистой стали? Я пока не нашел.

Скажем здесь о биметаллическом (алюминий-сталь) контактном рельсе скоростной железной дороги: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0043164807004218

Состав стали, который там приведен включает 18% хрома.

[AlexAV]

Вопрос был про воздушные контактные провода. Там вроде все таки обычную сталь применяют. Да, покрытую никелем.

Тут проблема, что в контактной сети железных дорог (я про сам контактный провод, а не прочую оснастку) сейчас вообще кроме меди ничего не используют. Т.е. совсем. В современной литературе другие возможности даже не упоминаются. Скажем вот монография 2019 г. https://www.springer.com/gp/book/9789811365881 . Оттуда:

The working environment of the contact wire is one of the worst of all power supply conduction cables, and it needs to withstand shock, vibration, temperature difference, environmental corrosion, abrasion, spark ablation, and great working tension, so its performance directly affects the safe operation of high-speed trains. The material of contact wire is mainly copper, copper–silver alloy, high-strength copper–silver alloy, copper–tin alloy, copper–magnesium alloy, high-strength copper–magnesium alloy, etc., meeting the need of electrified railway catenary.

Типовой ассортимент вроде такого: https://www.lafarga.es/en/products-and-markets/railway-cables/item/fil-contacte-ranurat , т.е. медь, медь легированная серебром, медь легированное оловом и медь легированная магнием. Весь ассортимент, на практике ничего другого нет совсем. Контактный рельс - это самое близкая биметаллическая конструкция, которая реально используется. В современном ж/д транспорте сталь-алюминиевые контактные провода - существуют только в теории, а на практике не используются совсем. Из-за этого просто даже пример оказывается сложно привести.

Именно для контактного сталь-алюминиевом проводе (а не просто провода ЛЭП) никелирование для защиты от коррозии стального провода не годится. Попросту ваше никелевое покрытие проживет ровно до первого прохождения пантографа (в сталь-алюминиевом контактном проводе собственно контакт с пантографом должен идти именно через стальной провод, это в сталемедном он может идти через медь, т.к. алюминий, в отличии от меди, неустойчив к воздействию дуги).

[AlexAV]

В ЛЭП никелирование стального кабеля то вообще зачем?

Очевидно, что для защиты от коррозии.

[AlexAV]

Так вот, тепловозы будет работать десятки лет, не требуя особого ремонта. Эти тепловозы, 1970-х, прослужили до сих пор.

Можно попробовать прикинуть на сколько реалистична железная дорога на тепловой тяге без невозобновляемых ресурсов. Сам тепловоз и железная дорога для него в принципе вообще ничего кроме углеродистой стали не требует. Соответственно, вопрос тут в том можно ли будет его прокормить топливом. Мощный тихоходный дизель можно довольно легко адаптировать на прямое использование растительного масла (причём даже в его естественном виде, без переработки). Соответственно на такой тип топлива и будем ориентироваться.

Расход топлива на железной дороги при движении на тепловой тяге около 62 кг условного топлива/10000 ткм (https://www.google.ru/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=&ved=2ahUKEwjwmuWJsobxAhUCAhAIHU7yDKo4ChAWMAd6BAgNEAM&url=http%3A%2F%2F2020strategy.ru%2Fdata%2F2011%2F07%2F20%2F1214724773%2F4.docx&usg=AOvVaw3gBzKWj2OosOc_jyLNqrd2). По традиции оставшейся со времен паровозов 1 кг условного топлива = 29.3 МДж. Теплотворная способность подсолнечного масла - 37 МДж/кг. Соответственно, можно ориентироваться на расход на уровне 49 кг подсолнечного масла/10000 ткм.

Грузооборот в России по железной дороге сейчас 2602 млрд. т.км/год, автомобильного - 275 млрд. т.км/год (https://rosstat.gov.ru/folder/210/document/13229). В сумме (если всё возить железной дорогой) - 2877 млрд. т.км/год. Если всё это возить с помощью тепловозов на подсолнечном масле, то потребуется 14.1 млн. т этого масла в год. Урожайность подсолнечника в среднем 16 ц/га, выход масла 40%. Соответственно дополнительно под подсолнечник для получения топлива для нашей железной дороги потребуется 22 млн. га. В России используемых пахотных земель - 125 млн. га, плюс еще есть 97,2 млн га неиспользуемых (https://www.agroinvestor.ru/analytics/news/29033-44-selkhozugodiy-v-rossii-ne-ispolzuyutsya/). Исходя из этого найти дополнительные 22 млн. га для производство биотоплива не выглядит чем-то не реальным.

Т.е. вариант выглядит вполне жизнеспособным даже при при сохранение современных объёмов грузоперевозок. Все же железнодорожный транспорт в части потребляемой энергии получается очень экономичным и обеспечение его топливом (даже при использовании тепловой тяги) похоже не будет представлять значительной сложности.

Меня в электротяге постоянно смущало одно обстоятельство: в случае выхода из строя энергосистемы железнодорожное движение встаёт.

С электрофицированными линиями меня очень настораживает, что сейчас контактные линии практически полностью медные (причём даже такие "очень дешевые" сплавы как медь-серебро (хотя серебра там и немного, около 0.1%, но всё же) находят применение). А все безмедные альтернативы не то что не используются,  даже в литературе мало упоминаются. Это наводит на некоторые мысли, что замена меди хоть на что-то тут будет очень сложной проблемой.

[AlexAV]

Помню, когда учился, то учили что обычную медь применяют.

И сейчас исключительно медь используют.

Что касается алюминиевого покрытия, о чем тут пишут, то мне это удивительно - оксидная пленка вроде должна сильно мешать контакту.

С алюминием главная проблема, что он очень сильно разрушается дуговым разрядом. Это легкоплавкий металл, и при высоких температурах ещё легко окисляемый. А медь к дуге довольно устойчива, что и является основной причиной её выбора.

[AlexAV]

сли мы не будем заморачиваться на электропередачу,

Если использовать гидравлическую передачу, то можно обойтись инструментальной углеродистой сталью. По прочности её хватает, а коррозионная стойкость для работы в гидравлическом масле не особо нужна.

Так откуда тогда тут стале-алюминиевые провода фигурируют

Контактная поверхность может быть стальной (т.е. из алюминия только жилы не соприкасающиеся с токоприемником). У нержавеющей стали устойчивость к дуге тоже превосходная, пожалуй даже лучше меди. У углеродистой хуже, но в в целом тоже удовлетворительная (её главная проблема - сильная подверженность коррозии, причём когда контактная поверхность стальная, то решить этот вопрос антикоррозионными покрытиями сложно).

[AlexAV]

Не в том смысле что поверхность может быть стальной, а в том что используют стальную сейчас.

На практике не используют. Такой вариант по большей части существует только в теории. В контактных рельсах скоростных железных дорог - используется, а в подвесных контактных проводах почему-то не прижилось (видимо получается дороже меди, нержавейка, особенно никель-содержащая, тоже не дешевая).

[AlexAV]

Очевидно, что никелевое покрытие не защищает от коррозии.

Защищает аналогично покрытию из любого другого металла устойчивого к атмосферной коррозии, также как лужение (обычно с промежуточным слоем меди, но может использоваться и чистый никель при толщине покрытия более 25 мкм). Это вполне себе классический метод защиты от коррозии.

Если не верите, вот просто каталог защитных покрытий (http://www.tulamash.ru/media/uploads/katalog_galv1.pdf):

Использование никеля как самостоятельного покрытия применяется в технических целях для защиты от коррозии электрических контактов или  механизмов,  эксплуатирующихся  во  влажной  среде, а  также  в  качестве покрытия под пайку.

Стальная жила провода эксплуатирующегося в атмосферных условиях - как раз тот случай, когда никелевое покрытие рекомендуется для защиты от коррозии.

[AlexAV]

Оно же защищает до первой царапины, потом никель, как электроположительный металл, наоборот способствует развитию коррозии.

Вот как раз к царапинам никелевое покрытие довольно устойчиво (в том смысле, что имеет высокую твердость и мало им подвержено). Его как раз рекомендуют для защиты (в том числе коррозионной) трущихся деталей.

А конечность сроков эксплуатации сталеалюминиевых проводов ЛЭП обычно объясняют трением стальной об алюминиевые жилы при изменениях температуры.

Вот поэтому и никель, как это покрытие довольно стойкое в указанных условиях.

[AlexAV]

Знать бы какой там на пантографе материал электрода, не думаю что графит...

Обычно металлокерамика вроде ВЖ3 (получаемая прессованием смеси порошков железа, меди, свинца, никеля и олова). Конкретно ВЖ3 это 16 % свинца, 12 % меди, около 1 % никеля, 1% олова и 70 % железа.

[AlexAV]

Будущее человечества видится мне двояким. Либо новые технологии и очередной этап развития, либо обрушение цивилизаций и выход на уровень, соответствующий неолитической революции. Без электричества. Знания либо системно воспроизводятся, либо утрачиваются, и знания об электромагнитной индукции будут утрачены.

Это какой-то неоправданный радикализм. Или постиндустриальная цивилизация или неолит. Между ними на самом деле множество промежуточных ступеней есть. Возьмём граничное условие:

Вот представим, что Вам доступны только железо и магний.

Или, более строго, у нас есть 8 главных породообразующих элементов (O, Si, Al, Ca, Fe, Na, Mg, K), атмосферные газы, точно доступные элементы морской воды (к уже перечисленным добавляются S, Cl, Br) и в ограниченных количествах биогенные (С, P, фосфор в небольших количествах для технических целей всегда может быть извлечен из костей домашних животных, тут впрочем не нужно путать проблему извлечения небольших количеств фосфора для технических целей (легирование сплавов или n-примесь в кремнии) и проблему геохимической устойчивости сельского хозяйства (т.е. фосфорных удобрений), вторая проблема куда сложнее первой и фосфором из костей животных не решается). Перечисленное - это то что абсолютно точно будет доступно. И теперь посмотрим какой технологический уклад на всем этом ещё можно собрать.

Итак. Уровень условного позднего средневековья. Критически важны для технического уровня позднего средневековья только такие ресурсы как пахотные земли, лес, железо и материалы для производства керамики. В принципе для этого уровня вообще больше ничего не надо. Медь, свинец и прочим тогда какой-то критической роли в технологии не играли. Есть - хорошо. Нет - без них можно обойтись. Золото и серебро также во многом были просто меновым эквивалентом. Не будет их - придумают какую-нибудь другую меру стоимости, тут у людей фантазии всегда хватало.

Пшеница, кукуруза, картофель или что-то там ещё как росли на планете Земле, так и будут расти. Представить ситуацию, когда их выращивание станет невозможно одновременно на всей планете представить себе практически невозможно (тут нужно или глобальное оледенение масштаба Земли-снежка, или что-то вроде Великого пермского вымирания, можно всё же понадеяться, что такое не произойдёт). Аналогично как и леса. Железо - один из главных породообразующих элементов, его много почти в любой породе и извлечь его придорожного суглинка - задача вполне посильная технике уровня лаборатории алхимика. Единственный серьезный вопрос - геохимическая устойчивость сельскохозяйственных угодий (по сути в основном та самая проблема фосфорных удобрений, и на суше и в океане именно этот элемент, в силу своей важности для всего живого, относительной редкости и особенностей геохимии, обычно становится лимитирующим). Тут впрочем нужно понимать один момент - проблема фосфора не только проблема человека, это вообще проблема всей биосферы на суше (да и в океане тоже).  И исходя из очевидного факта того, что есть кому написать эти строки, биосфера эту проблему худо-бедно решает. А значит и для агроценозов решение есть (просто оно, видимо, лежит не в области ответа на вопрос где найти ещё фосфорного сырья для производства удобрений когда кончатся фосфориты, а в области как правильно организовать сельскохозяйственный цикл так, чтобы потери фосфора с сельскохозяйственных угодий были на уровне нормальных фоновых потерь естественных фитоценозов). Сказанное не значит, что проблема простая, но тем не менее. И если эта устойчивость будет обеспечена, то невозможно назвать ни одной причины, которая бы помешала бы такому обществу существовать условно вечно.

А позднее средневековье - это совсем не неолит, а куда более развитое общество с куда более сложной социальной организаций. Скажем современный институт новоевропейской науки возник в позднем средневековье и является именно его интеллектуальным достижением (возможно самым важным за всю историю человечества). А если общество позднего средневековья смогло с нуля создать феномен науки, то что обществу аналогичной сложности поддерживать этот институт неограниченно долго? Ведь создать с нуля что-то куда сложнее, чем просто сохранить имеющееся. Соответственно и предполагать интеллектуальную деградацию такого общества (ниже некоторого стационарного уровня) тоже нет оснований.

Идем далее. Ранний и средний индустриальный уровень. Ключевые технологии отличающие этот уровень от уровня позднего средневековья тут - это умение производить сталь (не железо непонятного состава и чугун, а именно сталь с заданным составом и свойствами, мартеновский процесс, томасовский процесс и т.д.), железная дорога, тепловые машины (паровые и ДВС), достаточно совершенное огнестрельное оружие. И при внимательном взгляде обнаруживаем, что ни одна из этих ключевых технологий редких элементов не требует вообще. И к списку ключевых видов сырья без которых не может существовать общество по сравнению с поздним средневековьем тут добавляется разве что материал для огнеупорного кирпича (оксид магния) и известь нужная в процессе выплавки стали. Ни то, ни то на планете Земля дефицитом не является. Практически все ключевые элементы технологии, определяющие вид ране- и средне- индустриального общества можно сделать из углеродистой стали. Используя только её можно построить и железную дорогу, и паровой и двигатель, и дизельный двигатель и всё прочее. Ещё тут можно вспомнить освоение производства качественного стекла и оптических приборов, что для общества этого уровня тоже важно, но тут также никаких ресурсных проблем, натрий, кальций и кремний на планете Земля закончиться не могут. Соответственно и тут мы не видим ничего, что критическим образом требовало чего-то редкого. Соответственно, также непонятно, что может помешать такому обществу существовать условно вечно.

Идем далее. Уровень начала 20-го века. Из важного добавляется электричество, электродвигатель, связывание атмосферного азота, антибиотики. Простая электротехника может обойтись только алюминием и железом. Чтобы сделать генератор, трансформатор и электродвигатель без рекордных характеристик, но вполне пригодный к промышленному применению, ничего более не надо. Алюминий - главный породообразующий элемент и закончиться не может. Производить алюминий можно в принципе через хлорид и таком виде оно тоже ничего редкого не требует. Т.е. в принципе для существования электротехники в каком-то виде редкие элементы не нужны. Технологий связывания азота известно несколько. Некоторые из них (скажем цианамидная) тоже совершенно точно ничего редкого не требует, нужна только известь, кокс (скажем древесный уголь), атмосферный азот и дуговая электропечь. Ну и производство антибиотиков также явно не та область, которая была бы завязана на чем-то редком. Грибок пенициллиум и так прекрасно растет. Т.е. опять обнаруживаем, что и на этом уровне ничего редкого не нужно вообще (или по крайней мере без редких элементов можно относительно безболезненно обойтись).

Проблемы начитаются только с уровня где нужны сложные электронные приборы, такие как радиолампы и транзисторы. Там уже как ни крути, а как минимум без никеля ничего толком не получается (впрочем относительно кремневых приборов без рекордных характеристик тут возможно все не так плохо, тут есть что обсуждать). Настоящая же вакханалия в части потребления редких элементов началась только где-то со второй половины 20-го века, когда потребовалось что-бы техника не просто как-то работала, а выдавала характеристики на гране физической возможности.  И тут да, требования к материалам возросли так, что без редких элементов вообще ничего не получается.

Соответственно, разумно предположить, что исчерпание не возобновляемых ресурсов, и разрушит как раз именно эту позднеиндустриальную/постиндустриальную надстройку. Исчезнут, как массовое явление, сложная микроэлектроника,  реактивная авиация, полеты в космос. Но некий базовый уровень (причём скорее всего не такой уж и низкий, вполне соответствующий понятию индустриального общества) с железными дорогами, ДВС, какой-то электротехникой, огнестрельным оружием и технологией связывания азота останется. Все это в своем минимальном рабочем варианте ничего редкого не требует вообще и, соответственно, непонятно что может помешать такому обществу продолжать существовать на таком уровне практически неограниченно долго. И это уровень сильно не неолита, а значительно выше, вполне вписывающейся в понятие индустриального общества в широком определении.

[AlexAV]

Чем на породообразующих элементах можно адекватно заменить гартовые сплавы для типографии, имеющей критическое значение для этого?

Типографские шрифты можно делать, скажем, из СН-П (сополимер стирола и акрилнитрила). Изготовление отливок для типографского дела (вместо типографских сплавов на основе свинца) как раз рекомендуемая область применения данной пластмассы.

Электролизом или также как в те времена, когда он получался дороже золота?

Электролизом расплава смеси NaCl-KCl-AlCl3 на графитовых электродах, метод Alcoa предложенный в 1973 году. 

вакуумных насосов

В форвакуумном насосе вроде бы нет ничего, что нельзя сделать из инструментальной углеродистой стали. Обыкновенное механическое устройство, работающее в не коррозийной среде (вакуумном масле).

Относительно глубокий вакуум может быть получен из форвакуума диффузионной откачкой, там тоже материалам ничего особенного нет (стекло или сталь для колб и трубок, нагревательная электрическая спираль спираль из чего угодно, так как температуры низкие и среда не коррозийная, какой-нибудь сплав железо-кремний вполне пойдет, и углеводородное масло, больше в диффузионном насосе ничего и нет). Вот если нужно вакуум лучше 10^-5 торр - там, да, начнутся сложности, но это уж точно не случай вакуумной сушки. Для вакуумной сушки глубокий вакуум и не нужен, там форвакуума хватает.

Для холодильника нужен компрессор и теплообменники. Если в качестве хладагента взять что-то не агрессивное, скажем пропан, то тут тоже можно обойтись углеродистой сталью (детали компрессора) и чистым алюминием или сплавом алюминий-магний для теплообменников и частей работающих при криогенной температуре (чистый алюминий и сплавы алюминий-магний не имеют вязко-хрупкого перехода перехода и сохраняют пластичность при очень низких температурах (в отличии от большинства сплавов железа, которые при температуре ниже некоторого предела становятся хрупкими)). У какого-нибудь АМг5, конечно, прочность далеко не рекордная, но в теплообменниках криогенной части холодильной машины она  не очень-то и нужна. В общем тоже каких-то нерешаемых проблем не видно.

[AlexAV]

Хм... Большую часть стирола (около 85 %) в промышленности получают дегидрированием этилбензола при температуре 600—650°С, атмосферном давлении и разбавлении перегретым водяным паром в 3—10 раз. Используются оксидные железо-хромовые катализаторы...

Существует довольно много методов получения стирола. Вот тут скажем некоторые перечислены: https://studbooks.net/2286080/matematika_himiya_fizika/poluchenie_stirola

И при желании указанную проблему можно обойти. Чуть-чуть прикинул как можно стирол без редких элементов и электричества (чтобы все операции технически были доступны позднесредневековому алхимику). Вот один из вариантов (через коричную кислоту):

Из горького миндаля выделяем бензойный альдегид (можно получить около 15 грамм с килограмма сырья). Реакцией бензойного альдегида с хлористым ацетилом получаем коричную кислоту (реакция идет без катализатора):

C6H5CHO + CH3COCl = C6H5CHCHCOOH + HCl

Далее из коричной кислоты получаем стирол термическим разложением (процесс также идёт без катализатора):

C6H5CHCHCOOH =  C6H5CHCH2 + CO2

Хлористый ацетил можно получить реакцией уксусной кислоты и PCl3. Последний - реакцией белого фосфора с сухим хлороводородом при 300 градусах.

Итого сырьё - горький миндаль, уксусная кислота, белый фосфор, соль и серная кислота (последние два для получения хлороводорода). Всё это на рассматриваемом уровне вполне доступно. Катализаторы содержащие редкие элементы и электричество не требуются ни на одной стадии процесса.