Washington Castillo, Investigador Auxiliar IIGE
La energía es fundamental para el crecimiento y el éxito del sector minero, debido a que la industria minera hace un uso intensivo de esta; por tanto, requiere del acceso a una fuente de electricidad estable, necesaria para los diversos procesos de extracción y obtención de los recursos minerales. El informe realizado en el 2018 por la Sociedad Alemana para la Cooperación Internacional (GIZ, por sus siglas en alemán) [1], destaca que la transición global hacia sistemas de energía de emisión neta-cero aumentará la demanda de minerales, ya que ciertos minerales como el litio, cobre, aluminio, etc., son insumos clave para las tecnologías de energía renovable y los sistemas de transporte electrificado.
El Acuerdo de París sobre el Cambio Climático de 2015 establece medidas para la reducción de los gases de efecto invernadero (GEI), mismas que tienen implicaciones potencialmente significativas para el mercado de materias primas [5]. Un pronóstico señalado en algunas partes de la sociedad civil y los medios de comunicación, es que en una economía basada en los recursos naturales, las actividades de exploración y explotación de recursos minerales, se volverán menos preponderantes, en un futuro con limitaciones de carbono [2]. En este artículo se hace una revisión de los productos que se consideran que aumentará su demanda como resultado de un futuro globalmente restringido en carbono.
Tabla 1: Número de propiedades mineras de los materiales empleados para la generación tecnología e infraestructura de energía renovable frente a otros productos básicos no renovables.
C1: Productos básicos primarios; C2: Productos básicos secundarios, etc. Tenga en cuenta que algunas minas producen productos básicos enumerados como renovables y no renovables en esta tabla. Lista de productos básicos del informe del Banco Mundial [3]; datos de propiedades mineras forman la base de datos de S&P [4].
Figura 1: Mapa de las Áreas mineras y su densidad. Las áreas mineras con propiedades dirigidas a materiales críticos para la tecnología e infraestructura de energía renovable se muestran en azul, áreas con propiedades dirigidas a otros materiales se muestran en naranja, y aquellas dirigidas a ambos tipos de productos básicos se muestran en rosa. [5]
El análisis realizado por el Consejo Internacional de Minería y Metales del Banco Mundial, 2015 [2], estableció un marco para estimar la demanda de materiales, que en el futuro ayudarán a reducir la emisión de carbono centrándose en tres tecnologías clave: eólica, almacenamiento de energía (baterías) y solar.
El primer caso que corresponde a las tecnologías eólicas, las principales materias primas necesarias para la fabricación de componentes de aerogeneradores son: mineral de hierro, cobre, aluminio, piedra caliza y carbono. [6] Existen dos tipos de diseños turbinas, de engranajes y de accionamiento directo. Las turbinas con engranajes que utilizan generadores accionados por bobinas requieren cantidades significativas de cobre, pero no tienen imanes permanentes. Algunos diseños de turbinas de accionamiento directo utilizan imanes que contienen metales de tierras raras (neodimio y disprosio). El desarrollo de generadores de accionamiento directo simplifica el diseño mediante la eliminación de la caja de engranajes, y esto es atractivo para aplicaciones en alta mar porque reduce el mantenimiento [7].
Tabla 2: Uso de metales en Turbinas Eólicas de Engranaje y Turbinas de accionamiento directo [2].
En el segundo caso, que concierne a la fabricación de baterías para almacenamiento de energía, la infraestructura se puede clasificar en tres tecnologías: plomo-ácido, iones de litio y "otros". La categoría "otros" incluye baterías químicas, como las baterías de níquel-metal-hidruro y sodio-azufre, así como el almacenamiento de energía sin batería, como el almacenamiento hidráulico por bombeo, e hidrógeno. Las baterías de plomo-ácido y de iones de litio tienen ventajas distintivas y desventajas, así como diferentes contenidos de metal:
- Las baterías de plomo-ácido son la tecnología más madura y, tradicionalmente, han tenido ventaja de costo sobre las baterías de iones de litio. Tienen escasa relación potencia-peso y energía.
- Las baterías de iones de litio tienen excelentes relaciones energía-peso, y los precios han disminuido drásticamente en la última década [2].
El contenido significativo de metal de estas tecnologías depende del portador de carga, ya sea litio o plomo, como se ve en la tabla 3; ambos tipos de batería suelen utilizar plástico o estructura de acero en su fabricación, lo que representa una demanda de materias primas necesarias para la fabricación de acero.
Tabla 3: Comparación del contenido significativo de metales en baterías de plomo-ácido y de iones de litio [2].
Y el tercer caso, que corresponde a las tecnologías solares, la tecnología dominante es un panel fotovoltaico típico de silicón cristalino (c-Si), con más del 95 % del mercado global. Contiene aproximadamente el 76 % de vidrio (sílice) (superficie del panel), 10 % polímero (encapsulante y lámina posterior), 8 % aluminio (marco), 5 % silicio (células solares), 1 % de cobre (interconectores) y menos de 0,1 % de plata (líneas de contacto) y otros metales (por ejemplo, estaño y plomo) [6].
Las tecnologías de película delgada, cobre-indio-galio-(di)seleniuro (CIGS) y teluro de cadmio (CdTe), hacen el resto del mercado. Estas tecnologías en general requieren menos material que el silicio cristalino. Para los paneles CdTe, la composición es 96–97 % de vidrio, 3 %–4 % polímeros, y menos del 1 % de materiales semiconductores (CdTe) y otros metales (por ejemplo, níquel, zinc, estaño). CIGS contiene alrededor de 88 % a 89 % de vidrio, 7 % de aluminio, 4 % de polímero, y menos del 1 % de material semiconductor (indio, galio, selenio) y otros metales (por ejemplo, cobre) [8].
Los metales utilizados en cada una de estas tecnologías se indica en la siguiente tabla.
Tabla 4: Uso de metales en el desarrollo de diferentes tecnologías solares [2].
La transición energética global y los objetivos de descarbonización crearán nuevos mercados para los metales no ferrosos. Según el informe del 2021 de Wood Mackenzie [11], agencia global de investigación y consultoría que impulsa la industria de los recursos naturales, la energía solar tendrá un impacto significativo en la demanda de aluminio, cobre y zinc, y el uso de los tres metales en el sector se duplicará para 2040. Sin embargo, a medida que los gobiernos cumplan con sus compromisos de limitar el calentamiento global a 2° C y más, la necesidad de energía solar aumentará y se espera que aumente la demanda de varios metales básicos.
En el escenario base de Wood Mackenzie, la demanda de aluminio de las tecnologías solares se ubicó en alrededor de 2.4 millones de toneladas (Mt) en el 2020. Se espera que aumente a 4.6 Mt para 2040. La demanda de cobre de la energía solar fue en 0,4 Mt en 2020, y se espera que aumente a casi 0,7 Mt para 2040. Mientras tanto, en los escenarios AET-2 y AET-1.5 de Wood Mackenzie, se espera que el consumo de cobre de la energía solar aumentará a alrededor de 1,3 Mt y 1,6 Mt, respectivamente, para 2040. Las instalaciones de energía solar representan en la actualidad, aproximadamente 0,4 Mt del consumo global de zinc y se proyecta que este número crecerá a 0,8 Mt para 2040, según el caso base de Wood Mackenzie. En los escenarios AET-2 y AET-1.5 de Wood Mackenzie, el crecimiento del consumo variará de 1,7 Mt a 2,1 Mt, respectivamente, para 2040 [9].
En el informe publicado en el 2021 por la Agencia Internacional de la Energía (AIE) [10] indica que, si la transición energética fuera más rápida, con vistas a alcanzar la neutralidad de las emisiones de carbono a mediados de siglo, las necesidades en minerales para esas tecnologías se multiplicarían por seis. Según las estimaciones de esta agencia, el desarrollo de los coches eléctricos y de las baterías supondría multiplicar al menos por 30 el consumo de minerales para esos usos entre 2020 y 2040. La mayor subida sería para el litio, para el que la demanda se multiplicaría por 32; para el grafito por 25; para el cobalto por 21; para el níquel por 19; y para las tierras raras por siete (7). En paralelo, el reforzamiento y la extensión de las redes eléctricas para dar cobertura a las energías renovables significaría al menos duplicar el consumo de cobre. Además, la generación de electricidad con procedimientos con bajas emisiones de dióxido de carbono -en particular con energía eólica y solar- se traduciría en triplicar las necesidades en minerales para esa actividad.
Como se puede apreciar, la producción de energías renovables involucra la extracción de las materias primas minerales necesarias para su generación, lo que implica que la actividad minera se verá incrementada tanto en las operaciones de exploración, explotación y beneficio, a fin de cubrir la demanda de dichos minerales. Este incremento en la actividad requiere una planificación estratégica enfocada en minimizar el impacto ambiental de la minería relacionada a las fuentes de energías limpias, para lo cual se deben incluir planes y políticas de conservación que garanticen el uso adecuado de los recursos naturales y por ende la protección del ecosistema.
Referencias Bibliográficas
[1] La Energía renovable en la minería. Acelerando la integración de energías renovables. Informe Diciembre de 2018-GIZ.
[2] The Growing Role of Minerals and Metals for a Low Carbon Future. World Bank Publications the World Bank Group 1818 H Street NW Washington, DC 20433 USA. 2017
[3] IEA. Energy Technology Perspectives 2015: Mobilishing Innovation To Accelerate Climate Actión. (International Energy Agency, Paris, 2015).
[4] S&P. S&P. Global Market Intelligence. (New York, 2018).
[5] Sonter L., et al. Renewable energy production will exacerbate mining threats to biodiversity. 2020.
[6] D. Giurco, E. Dominish, N. Florin, T. Watari y B. McLellan, «Requirements for Minerals and Metals for 100% Renewable Scenarios, » Achieving the Paris Climate Agreement Goals: Global and Regional 100% Renewable Energy Scenarios with Non-Energy GHG Pathways for +1.5C and +2C, pp. 437-457, 2019.
[7] Zimmermann, T., Rehberger, M. and Gößling-Reisemann, S., 2013. Material flows resulting from large scale deployment of wind energy in Germany. Resources, 2(3), pp.303–334.
[8] Weckend, S.;Wade, A.; Heath, G. 2016 End-of-Life Management Solar Photovoltaic Panels; International Renewable Energy Agency and International Energy Agency Photovoltaic Power Systems: Paris, France.
[9] J.A. Roca, La energía solar impulsará la demanda de aluminio, cobre y zinc, que se duplicará para 2040. Periódico La Energía.com. 2021.
[10] International Energy Agency. The Role of Critical Minerals in Clean Energy Transitions. World Energy Outlook Special Report, 2021.
[11] Wood Mackenzie, Solar Market Insight: 2021 Year-in-Review.