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Del petróleo a los minerales: la nueva dependencia de la transición energética

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Para mantener la temperatura global a niveles aceptables, el mundo tiene que atravesar una transición energética que deje atrás la era de los combustibles fósiles. Pero las tecnologías que promueven este cambio, como la energía solar, la eólica o los autos eléctricos, requieren de la extracción de una gran cantidad de minerales para su fabricación. Un auto eléctrico, por ejemplo, requiere seis veces más minerales que uno convencional; una planta de energía eólica terrestre requiere nueve veces más minerales que una de gas.

Entonces, a medida que el mundo aumente su uso de estas tecnologías, la demanda de una serie de minerales aumentará. ¿Habrá suficientes recursos para responder a las necesidades de una nueva era energética? ¿Qué otros impactos negativos causará sobre el medio ambiente y cómo podemos mitigarlos? Estas preguntas ocuparán un lugar central en el escenario global en los próximos años. Por el momento, lo que sabemos es esto.

¿Cuáles son los minerales de la transición y para qué sirven?
La apuesta por las energías renovables recae principalmente en el cobre, el litio, el níquel, el manganeso, el cobalto, el grafito, el cobre, el zinc y las tierras raras, entre otros. Estos elementos son el corazón de los coches eléctricos, las turbinas eólicas y otras energías, que prometen mantener las alzas en la temperatura global a raya.

Todas las tecnologías utilizan minerales en distintas proporciones, pero las baterías de vehículos eléctricos son las más demandantes, en particular del litio, que es crucial para el rendimiento, la longevidad y la densidad de energía de baterías.

Se estima que la demanda del litio va a aumentar 40 veces para el 2040, seguido del grafito, el cobalto y el níquel (que se estima crecerán de 20 a 25 veces). La construcción de las redes de carga de energía para vehículos eléctricos también requiere de grandes cantidades de cobre, que se estima se duplicará durante este mismo periodo. En 2021, la demanda de cobre de Chile, el mayor productor del mundo, ya aumentó alrededor del 80% respecto al año anterior, según BBC Mundo.

El agua que se emplea ya no se puede reutilizar, por todos los desechos tóxicos y radiactivos que le quedan

En términos de generación de electricidad, la energía eólica es la que más demanda minerales, en particular cuando las turbinas están instaladas en alta mar, donde pueden requerir hasta tres veces más cobre para transmitir la energía a lo largo de los cables que las plantas en tierra: en 2020, el volumen de cobre requerido en todo el mundo para la generación de energía eólica en alta mar fue de alrededor de 8.000 kg por megavatio de energía producida, en comparación con 2.900 kg por megavatio para la eólica en tierra. La construcción también requiere aluminio, zinc y tierras raras.

Las torres de los aerogeneradores y los transmisores son de acero, zinc y aluminio y representan alrededor del 80% del peso total. Algunos diseños de turbinas utilizan imanes de accionamiento directo, que contienen los metales de tierras raras neodimio y disprosio. Se calcula que alrededor del 20% de todas las turbinas eólicas instaladas utilizan imanes de tierras raras. Los aerogeneradores también contienen cobre en los generadores, y fibra de carbono y vidrio en las palas, además del hormigón utilizado para construir las torres.

La energía solar requiere unidades de almacenamiento de energía, tanto en forma de baterías individuales para uso privado y a gran escala en las redes eléctricas. Esto implica una demanda de minerales en las baterías de litio, de aluminio, cobalto, hierro, plomo, litio, manganeso, níquel y grafito.

Las baterías constan de dos electrodos, o conductores eléctricos, llamados cátodo y ánodo, y un electrolito a través del cual intercambian iones, proporcionando una carga o descarga. Diferentes minerales pueden servir para estos fines. El alto potencial electroquímico del litio lo convierte en un valioso componente de las baterías recargables de iones de litio de alta densidad energética.

La mayoría de las baterías de iones de litio utilizan grafito como ánodo, lo que significa que el grafito será el mineral más buscado para el almacenamiento de energía. Los cátodos varían más: lo más frecuente es que utilicen níquel, pero también son comunes diversas mezclas de cobalto, litio y manganeso.

Impacto ambiental de la extracción de minerales
A la sombra de la promesa de la energía limpia, están los impactos negativos de la obtención y procesamiento de los minerales de la transición energética. La explotación en las minas genera estragos ecológicos difícilmente sostenibles en el largo plazo. En el caso del litio, por ejemplo, por cada tonelada extraída, se requieren hasta 2 millones de litros de agua, lo que agota los recursos hídricos subterráneos. Esto afecta a comunidades, flora y fauna.

En Chile, por ejemplo en el Salar de Atacama, uno de los desiertos más áridos del continente —y más abundantes en litio, hay una reserva natural para dos especies nativas de flamencos, cuya subsistencia depende de que el ecosistema se mantenga prácticamente intacto. Por la extracción del litio, las poblaciones han decaído en los últimos años.

Las implicaciones sociales de la explotación de los minerales de la transición también está cobrando facturas altas en América Latina. Rebecca Ray, Zara C Albright y Kehan Wang, investigadores en desarrollo de la Universidad de Boston, han sugerido que los países del triángulo del litio (Argentina, Chile y Bolivia) desarrollen una capacidad institucional para generar un manejo más responsable del mineral con mayor participación de comunidades locales, para así reducir los impactos negativos de la explotación.

Las tierras raras (o metales raros) son una parte clave de la transición, y sin saberlo, todos los días interactuamos con estas en la palma de la mano. Smartphones, tablets y otros dispositivos con pantallas táctiles los utilizan. Son valoradas porque son muy buenas conductoras de electricidad y tienen propiedades magnéticas que hacen que sean útiles para crear baterías para coches eléctricos o pantallas táctiles.

Las tierras raras -neodimio, escandio e itrio, por nombrar algunas- son muy complejas de extraer, ya que se encuentran embebidas en ciertos minerales y aleaciones: aunque son abundantes, es muy raro encontrarlas en su forma pura y tienden a presentarse en bajas concentraciones. Elisa Fabila, ingeniera química de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), especializada en el estudio de química metalúrgica, explica que el proceso de extracción es complicado e invasivo.

“Para separar al mineral [de los otros compuestos] se necesita una reacción iónica y los residuos de esta reacción son los que se hacen tan contaminantes”, detalla Fabila.

“El agua que se emplea ya no se puede reutilizar, por todos los desechos tóxicos y radiactivos que le quedan. […] Aunque estas alternativas no producen emisiones, no son tan limpias como pensábamos”, agrega.

Otros minerales terrestres no raros, esenciales para la transición energética, también tienen procesos de extracción perjudiciales. El cobre, por ejemplo, se extrae detonando explosivos en grietas del suelo en minas a cielo abierto. En promedio “se pierden 300 metros cuadrados de suelo por cada explosión”, explica Fabila, que difícilmente pueden recuperarse. Todas las propiedades de la tierra se desvanecen, ya que el estallido necesita desbaratar los componentes del suelo para poder sacar los metales.

China es el país que protagoniza la extracción de metales raros. Según datos de Statista, en 2021, el país representa el 60% de la producción mundial de tierras raras. En los últimos años, China ha limitado su producción y exportación a otras partes del planeta, y ha sacado a relucir las tierras raras en una disputa comercial con Estados Unidos. La más grande de todas sus minas se encuentra en Baiyun Obo, en Mongolia Interior, donde, según la NASA, está casi la mitad de la producción mundial de tierras raras.

Se estima que la demanda de tierras raras puede crecer de tres a siete veces para el 2040, dependiendo del avance en la tecnología de baterías y turbinas eléctricas.

El problema de la escasez, la concentración geográfica y la calidad
A medida que el mundo se mueve hacia un panorama energético que requiere más minerales, se levanta la pregunta de si habrá suficientes recursos para satisfacer la demanda global. Hay varios factores que van a influir esto, y va a depender gran medida los desarrollos que se logre en la química de las baterías.

En el futuro, según el informe de la IEA, se espera un escenario mixto: algunos minerales, como el litio de roca dura y el cobalto probablemente van a tener un excedente a corto plazo, mientras que el litio procesado, el níquel de grado de batería y los elementos clave de tierras raras (por ejemplo, neodimio, disprosio) podrían enfrentar una oferta limitada en los próximos años al no poder seguir el ritmo de la demanda.

Otros problemas que podrían surgir tienen que ver con la concentración geográfica de los minerales. China y La República del Congo concentran más del 60 % de la producción de cobalto. El New York Times ha documentado ampliamente la batalla que se está librando por el control de los recursos en esta zona. Si llega a haber problemas con la cadena de suministro en los países productores, esto afectaría directamente a los precios y la producción de baterías. Por otro lado, es importante considerar que un problema de suministro sólo afectaría a los productos nuevos como autos eléctricos y turbinas eólicas por construirse, ya que los existentes no se verán afectados por una falta de minerales. A diferencia de los vehículos a combustión, por ejemplo, los autos eléctricos que ya funcionan pueden hacerlo durante la vida útil de la batería, que puede oscilar entre 10 y 20 años, y no se ve afectada por la falta de nuevos suministros de minerales

Soluciones para la disponibilidad de minerales
Respondiendo al escenario futuro, los expertos de la IEA aseguran que es necesario tomar una serie de medidas para asegurar la disponibilidad de minerales. Por un lado, es esencial generar conciencia en los países para invertir en el desarrollo de minas y por otro, es crucial desarrollar tecnologías más eficientes con el uso de minerales críticos. En lugar de depender o poner toda la apuesta en los minerales de la transición energética, encontrar alternativas que sean menos dañinas para los suelos y el agua, como la biomasa.

El reciclaje también es un elemento importante que alivia la presión sobre el suministro primario. Harald Gottsche, Presidente y CEO de BMW Group Planta San Luis Potosí en México, explicó en una entrevista exclusiva para Diálogo Chino cómo la empresa quiere reducir su impacto en toda la cadena de distribución.

“La circularidad inicia desde el diseño del producto, con el uso de materiales secundarios en nuestras cadenas de valor, así como con el reciclaje de vehículos de BMW Group al final de su ciclo de vida”, explica Gottsche. Por ello, en los planes a futuro próximo de la empresa, está disminuir el uso de cobalto en los cátodos de su actual generación de baterías a menos del 10 %.

“Nuestra más reciente generación de motores eléctricos se construye sin utilizar tierras raras”, agrega Gottsche. Otras grandes empresas como Samsung y Tesla están optando por cambiar el uso de baterías con cobalto.

En los próximos años, la realidad de esta demanda se verá con más fuerza. En cualquier escenario, las energías renovables son esenciales para mantener la temperatura a raya, de lo contrario, según el reporte de 2022 del IPCC, partes del planeta serán inhabitables para 2050. La apuesta, por tanto, también está en aumentar el uso de combustibles alternativos, como el hidrógeno, o biomasa, apunta la Organización de Naciones Unidas que son menos demandantes de minerales.

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