limites de minerales

7/24/2019 Limites de Minerales

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Lmites a la disponibilidad de minerales

ARTICLE DECEMBER 2014

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Alicia Valero

University of Zaragoza

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Hay suficientes recursosenergticos y mineralespara mantener un crecimientoilimitado?

Lmites ala disponibilidadde mineralesAlicia Valero

Es posible un crecimiento continuo con losminerales y recursos energticos disponibles?Permitir el ingenio humano a travs deldesarrollo tecnolgico compensar cualquier

problema actual o futuro relacionado conla escasez de minerales? La autora hainvestigado durante aos para tratar de darrespuesta a estas relevantes cuestiones.

Alicia Valero, investigadora del Centro

de Investigacin de Recursos

y Consumos Energticos, CIRCE

H

an pasado ms de 40 aos des-de la publicacin del Informeal Club de Roma Los lmites delcrecimiento. Como es bien cono-cido, el libro de Meadows et al.

(1972) alertaba sobre el colapso al que seenfrentara la humanidad si se continuabacon el ritmo exponencial en el consumodesmesurado de recursos [1]. Los mensa-jes del Club de Roma generaron una grancontroversia, creando dos corrientes depensamiento: los tecno-optimistas, aque-llos que consideraban que los recursos dela Tierra son ilimitados y que la tecnologafacilitara en cualquier momento su extrac-cin; y aquellos que abogaban por unamejor gestin de los recursos finitos delplaneta para evitar el colapso. Pero quha ocurrido desde entonces? Lejos de colapsar, el mundo (espe-cialmente el desarrollado) ha estadogobernado por un optimismo econ-mico sin precedentes. La ciencia y latecnologa han realizado avances pro-digiosos en multitud de campos, entreellos en la salud, alimentacin, perotambin en las nuevas tecnologas de lainformacin o las energas alternativas.El crecimiento y florecimiento de laseconomas de muchos pases parecan

pues dar la razn a los tecno-optimistas.Pero entonces lleg la crisis, la peor

conocida desde el crac de Wall Street en1929 y en la que seguimos sumidos desde2008. Las bases en las que se asentaba eseoptimismo han comenzado a tambalearsey se ha empezado a cuestionar seriamentesi las predicciones de Meadows et al. (aun-que prematuras) fueran ciertas.

Thanatia, la tierra crepuscular

Esta ha sido en parte la motivacin de lainvestigacin llevada a cabo por mi grupoen CIRCE (Centro de Investigacin de Re-cursos y Consumos Energticos). Durantems de diez aos me he dedicado a buscary rebuscarinformacin que de una maneraobjetiva, permita evaluar el estado de losrecursos minerales del planeta. No se tratade emitir juicios de valor y posicionarse enun bando u otro, sino el de proporcionardatos que arrojen luz al debate. En agosto de 2014 mi coautor AntonioValero y yo publicamos el libro Thanatia:the destiny of the Earths mineral resources[2]. En l proponemos Thanatia en con-traposicin a la Gaia de Lovelock, comoun planeta comercialmente muerto, endonde el ser humano ha extrado todossus recursos minerales y los ha dispersado

al tiempo que ha consumido todos loscombustibles fsiles. Este planeta, del cualcreamos un modelo termodinmico parasu atmsfera, hidrosfera y corteza terres-

tre, sirve para postular unposible final delAntropoce-no, puesto que conocer elfinal y la velocidad a la quenos aproximamos a dicho

fin permite adquirir sentidodel sentido y proporcionar

evidencias para frenar la de-gradacin. El modelo de tierra

crepuscular, o Thanatia, sirve ade-ms como punto de partida para eva-

luar a travs del concepto de costes dereposicin, la riqueza mineral del planeta.Se trata de un enfoque desde la tumba

hasta la cuna, en donde calculamos laenerga necesaria para reponer los

minerales que se han dispersadoen Thanatia, hasta las condicio-

nes en las que se encontraronen la naturaleza.Con el modelo de Thanatiae informacin que hemosido recopilando para nues-tro libro, podemos puesabordar algunas cuestio-nes clarificadoras paradesmitificar algunas delas tesis sostenidas porlos tecno-optimistas. Es-

tas son:f Hay suficientes recursos energticos y

minerales para mantener un crecimientoilimitado?

f Permitir el ingenio humano a travsdel desarrollo tecnolgico compensarcualquier problema actual o futuro relacio-nado con la escasez de minerales?

f Puede absorber Gaia todos los im-pactos asociados con el desarrollo del serhumano?

Consumo de materiales

Antes de abordar dichas cuestiones, esconveniente analizar la evolucin en elconsumo de minerales a lo largo de lahistoria y las tendencias presentes y futu-ras. En las figuras 1 y 2 se puede observarla clara tendencia exponencial que haseguido la produccin de los mineralesenergticos y no energticos a lo largo dela historia hasta nuestros das. Desde 1950,el consumo de combustibles fsiles (entrminos energticos) se ha multiplicadopor cinco y el de minerales no energticospor siete. De acuerdo con datos del USGeological Survey (USGS), la demandaglobal de minerales super en el ao 2011los 45.000 millones de toneladas, siendolos combustibles fsiles, materiales deconstruccin, las sales y los metales como

el hierro, aluminio, cobre, manganeso,cinc, cromo, plomo, titanio y nquel, losms consumidos. Hoy en da el ser humano hace uso


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Iron ore

Phosphate rock

Aluminium0

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2.000

2.500

3.000

3.500Produccin, en millones de toneladas

Gypsum

Limestone

LithiumLimestoneLeadIron oreIodineIndiumHeliumGypsumGraphiteGoldGermaniumGalliumFluorsparFeldsparCopperCobaltChromiumCesium

CadmiumBoronBismuthBerylliumBariumArsenicAntimonyAluminium (Bauxite)

ZirconiumZincWolframVanadiumUraniumTitanium-ilmeniteTitanium-rutileTinThoriumTelluriumTantalumStrontiumSilverSiliconSeleniumRheniumREEPotash

PGMPhosphate rockNiobiumNickel - lateritesNickel - sulfidesMolybdenumMercuryManganeseMagnesium

Gas Natural

Petrleo

Carbn

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000Exerga (en millones de toneladas equivalentes de petrleo)

de prcticamente todos los elementos dela tabla peridica. El auge de las nuevastecnologas y las energas renovables hanmultiplicado el consumo de muchos mine-rales, algunos de los cuales se considerancrticos en cuanto a riesgos en su disponibi-lidad (de carcter geopoltico o ambiental).As por ejemplo, el indio, utilizado enpantallas planas y en los nuevos panelesfotovoltaicos basados en la tecnologa mseficiente CIGS, se extrae de los barros resi-duales del refinado electroltico de cobre yzinc. Para producir un gigavatio fotovoltai-co con esta tecnologa se necesitan de 25a 50 megatoneladas de indio que procedeen gran medida de China. Y sin embargoen 2013, la produccin ni siquiera alcanzla megatonelada segn el USGS (770 t).La demanda mundial de este elementose espera que aumente ms de 8 vecesde aqu a 2030 y la de galio, otro de loselementos incluido en las CIGS, por 22[3]. A problemas similares se enfrentanotros minerales incluyendo las tierras rarascomo el neodimio o disprosio, esencialesen la produccin de imanes permanentesen aerogeneradores o en el motor elctricoy cuyo mercado est controlado casi al100% por China.

En cuanto a lo que ocurrir en el futuro,Halada et al. [4], realizaron una proyeccinsobre el consumo de minerales basadoen un modelo de desacoplamiento linealen donde se relacionaba el consumo demetales per cpita y el PIB para los pasesricos (G6) y emergentes (BRICS). El resul-tado fue que para el ao 2050 se esperaque el consumo de metales quintupliqueglobalmente el actual y que la demanda dealgunos de ellos como el oro, plata, cobre,nquel, estao, cinc, plomo o antimonioser superior a sus reservas actuales.

Las leyes termodinmicasen accin

Conocidos algunos de los hechos, va-mos ahora a tratar de dar respuesta a laspreguntas planteadas arriba. Para ello, esimportante apoyarnos en las leyes fsicasque gobiernan a la Naturaleza: las leyestermodinmicas. Su primer principio, elde la conservacin de la energa, estableceque la energa ni se crea ni se destruye,solo se transforma. Equivalentemente, laley de la conservacin de la materia puedepostularse como la materia ni se crea nise destruye y solo en algunas excepcio-nes radioactivas puede transformarse. Elsegundo principio, o la ley de la entropa,va ms all imponiendo la direccin de la

transformacin. As, de acuerdo con esteprincipio, todo proceso natural o artificialevoluciona espontneamente hasta la de-gradacin. Partiendo de esta base se puede

llegar a varias conclusiones.Los recursos energticos de la Tierra,

teniendo en cuenta su mayor fuente, elSol, son ciertamente ilimitados desde elpunto de vista del ser humano. La energasolar y sus derivadas renovables como elviento, siempre estarn disponibles entanto en cuanto exista la tecnologa nece-saria para su aprovechamiento y el Sol sigaradiando todos los das. Esta afirmacinno es vlida para los combustibles fsiles,que s son finitos. Una vez quemados setransforman irreversiblemente en CO2yagua, imposibilitando su reutilizacin parael mismo fin. El caso de los minerales no energticoses algo distinto. En primer lugar la dotacin

mineral delP l a n e t a(con lasalvedadde la lle-gada muyocasional de meteoritos) es constante.As que el ser humano debe desarrollarsecon los minerales de los que dispone.Tericamente estos son muy abundantes,puesto que toda la corteza terrestre estcompuesta de minerales. A ello hay quesumar que al contrario que ocurre conlos combustibles fsiles, la materia no sepierde una vez utilizada, solo se dispersa.As que tericamente, si dispusisemos deenerga suficiente, los materiales podran

FIGURA1: EVOLUCINDELAPRODUCCINDELOSPRINCIPALESMINERALESNOENERGTICOS

DESDE1900. FUENTE: [2]

FIGURA2: EVOLUCINDELAPRODUCCINDELOSPRINCIPALESCOMBUSTIBLESFSILES

DESDE1900 FUENTE: [2]


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emplearse cclicamente infinidad de veces. De acuerdo con las tesis arriba descritas,aparentemente la Tierra puede proveerde recursos energticos y minerales sufi-cientes para un crecimiento ilimitado. Sinembargo hay que seguir investigando en

el problema. Para poder hacer uso de la energa delSol, es necesario utilizar tecnologas (comopaneles fotovoltaicos, turbinas elicas, etc.)que necesitan una serie de minerales, mu-chos de los cuales son escasos en la corteza

terrestre. Por lo tanto, aunque la energadel Sol es ilimitada, la capacidad del serhumano para extraerla s es limitada. Esdecir, no hay minerales sin energa, peroigualmente no hay energa sin minerales. Por otra parte, a pesar de que todala corteza terrestre est compuesta deminerales, el hombre solo puede haceruso de aquellos que estn concentrados,ya que el coste energtico (y por supuestoeconmico) de extraer de la roca desnudaes inabordable. Segn nuestros estudios,los minerales concentrados tan solo re-presentan entre un 0,01 y un 0,001% dela cantidad total de la corteza. Una minaes ciertamente una rareza geolgica y alo largo de la historia, las mejores minas,aqullas con mayores leyes minerales, yahan sido explotadas. La figura 3 muestraun grfico de un colega australiano, el Dr.Gavin Mudd, en donde se refleja cmohan ido disminuyendo a lo largo de la his-toria las leyes minerales de varios metalesen su pas [5]. La concentracin de cobrepor ejemplo, pas en 50 aos del 25%en 1950 al 1% (la media mundial estactualmente en torno al 0,5%). Es decir,que para extraer una tonelada de cobre,se necesita remover una media de 200toneladas de roca. Aqu es donde entra en juego el Se-gundo Principio de la Termodinmica,que establece que para extraer la si-guiente tonelada de mineral, el consumoenergtico asociado y la cantidad de rocaremovida crecern exponencialmente. In-mediatamente surge la segunda preguntaplanteada arriba: con la tecnologa delfuturo no podremos continuar extrayen-do materiales de minas cada vez menosconcentradas?

Tecnologa versusbajaconcentracin

En este momento nos enfrentamos a va-rios problemas. El primero est relaciona-do con la tecnologa misma. En los ltimosaos se han realizado importes desarrollostecnolgicos en la minera y la metalurgiaque han permitido reducir el consumoenergtico y abrir minas cuya extraccinno era rentable en el pasado. Sin embargoel consumo de energa, aunque tiende adisminuir con los adelantos tecnolgicos,aumenta con la reduccin de la concentra-cin. Para analizar cul de los dos efectosest desequilibrando la balanza, realizamosdiversos estudios para el caso del oro anivel mundial (por falta de datos no hemospodido ampliarlo a otros minerales). El re-

sultado fue que si bien en algunos casos elconsumo energtico haba disminuido, engeneral poda afirmarse que globalmenteestaba aumentando ya que el factor do-

1.Tren con mineral de hierro, Australia.

2.El procesamiento de los minerales exige

mucha energa. Altos hornos en China.

3.La minera puede destruir completamente

un territorio.

4.Minas de fosfatos en Togo.1

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1840 1855 1870 1885 1900 1915 1930 1945 1960 1975 1990 2005

OreGrade(Ag)

OreGrades(Cu,

Pb,

Zn,

Au,

Ni,U,

Diamond

s)

Copper (%Cu)

Gold (g/t)

Lead (%Pb)

Zinc (%Zn)

Uranium (kg/t U3O

8)

Nickel (%Ni)

Diamonds (carats/t)

Silver (g/t)

(Ag, 1884 - 3,506 g/t)

Referencias

1. Meadows, D. H.; Meadows, D. L.;Randers, J. & Behrens, W. W. The Limits toGrowthUniverse Books, 1972.

2. Valero, A. & Valero D., A. Thanatia: the

destiny of the Earths mineral resourcesWorld Scientific Publishing, 2014:https://www.youtube.com/watch?v=M6qi4bKRPe0

3. Tercero-Espinoza, L.; Gandenberger, C. &Marscheider-Weidemann, F. Critical rawmaterials and the EU. Fifth Intl.Conf. onSustainable Development in the Minerals

Industry, SDIMI, 2011, 737-745.4. Halada, K.; Shimada, M. & Ijima, K.

Forecasting of the Consumption ofMetals up to 2050.Materials Transaction,2008, 49, 402-410.

5. Mudd, G. M. The Environmentalsustainability of mining in Australia: keymega-trends and looming constraints.Resources Policy, 2010, 35, 98-115.

6. Graedel, T.; Allwood, J.; Birat, J.-P.; Reck,B.; Sibley, S.; Sonnemann, G.; Buchert, M.& Hagelken, C. Recycling Rates of Metals -

A Status ReportUNEP, 2011.

FIGURA. 3. DECRECIMIENTODELALEYMINERALDELOSPRINCIPALESMINERALESEXTRADOS

ENAUSTRALIA. FUENTE: [5]

minante era la disminucin de las leyesde mina. Este resultado es previsible quese repita en otros minerales, puesto quemientras las curvas de aprendizaje reducenlos consumos energticos aritmticamente,la disminucin de la concentracin losaumenta de forma geomtrica. El segundo problema y no menosimportante es que adems de la energa,los impactos ambientales (y sociales) aso-ciados a la extraccin de minas menosconcentradas aumentan tambin expo-nencialmente. Entramos pues a abordar latercera de las cuestiones planteadas. As,al aumento en las emisiones de CO2 ySO2entre otros y el uso de agua, hay quesumar el impacto paisajstico que se pro-voca. Existe pues una clara conexin entreenerga, minerales y medio ambiente.Ciertamente, en una mina a cielo abierto,excavar a una profundidad de r, implica-ra hacer un agujero cnico en la cortezade dimensiones de 1/3r3. Semejantedestrozo en la Naturaleza es intolerablepara muchos pases desarrollados. A estareaccin se le llama el efecto Nimby (notin my backyard, no en mi patio trasero).Las alternativas de extraccin minera vanreducindose y no quedar ms remedioque explotar los polos, las selvas vrgeneso el fondo de los ocanos. Por lo tanto losdepsitos minerales van desplazndose alugares ms remotos, a mayor profundidady con unos requerimientos energticos yambientales al alza. Irnicamente, el lemaolmpico Citius, Altius, Fortius (ms lejos,ms alto y ms fuerte) bien podra aplicar-

se a la minera Ms lejos, ms profundoy ms fuerte. Una alternativa a la extraccin es au-mentar el reciclado, incrementando as los

ciclos del uso de los materiales. Pero denuevo nos encontramos ante dificultades.En la actualidad, segn el Programa de lasNaciones Unidas para el Medio Ambiente,UNEP [6], las tasas de reciclado de granparte de los elementos de la tabla peridicaes inferior al 1%. Tan solo unos cuantos,como el plomo, rutenio o niobio superanel 50%. Menos de la mitad del aluminio oel hierro consumido se recicla y menos del25% de cobre. Para el caso del aluminio,emplear fuentes secundarias implica reducirel consumo energtico en el 95%, lo quedenota la enorme importancia en el ahorrode recursos. Sin embargo si el consumo deeste metal contina aumentando exponen-cialmente al ritmo del 2% anual, ni siquieraun reciclaje del 100% podra satisfacer lademanda. El resultado es que la extraccinlejos de pararse se duplicara cada 35 aos. Lo ms preocupante de todo es queal contrario que el aluminio, muchosmetales son extremadamente difciles dereciclar ya que se encuentran mezcladoscon otros en cantidades nfimas dentrode tablets, smart-phones, y dems equiposelctricos y electrnicos. La dispersingeogrfica de estos artefactos y las peque-as concentraciones (del orden de mili ymicrogramos) en las que se encuentranmuchos metales, provocan que sea msfcil seguir extrayndolos de la naturalezaque hacer un esfuerzo de reciclado. Ysin embargo, la concentracin de oro enla basura electrnica es probablementemayor que la de la corteza terrestre. La sustitucin tecnolgica entre ele-

mentos puede aportar un baln de oxge-no a determinados recursos con problemasde escasez. Un caso tpico es la sustitucindel cobre por el aluminio como conductor

de la elec-t r i c idad .A pesarde ello, lasustituibili-dad de ma-teriales, al contrario que la energtica, eslimitada y muy especfica para cada caso,variando desde viable (caso del cobrepor aluminio) a imposible, como en elcaso del fsforo, que es un elemento vitalpara la alimentacin y la produccin debiocombustibles. Precisamente por estehecho, el fsforo es probablemente unode los elementos ms crticos.

El resultado de todo lo descrito es queGaia inexorablemente est transformn-dose en un planeta sin recursos, Thanatia.Esta evolucin, que es consecuencia delsegundo principio de la Termodinmica,est acelerndose de forma preocupantepor la accin humana. Un planeta derecursos limitados no puede soportar losdeseos crecientes de una poblacin queno hace ms que aumentar y que llevaritmo de alcanzar los 10.000 millones deindividuos en 2050. Crecimiento no essinnimo de prosperidad. En este futuro que ya es presente, latecnologa constituir un factor importanteque como hemos visto puede inclusoacelerar la degradacin. Sin embargo,utilizada de forma inteligente, la tecno-loga tambin ser necesaria para buscaralternativas limpias y eficientes al uso delos recursos. Una gestin eficiente de losrecursos requiere de Tecnologa y tica,es decir, Eficiencia y Suficiencia. Esta esla clave para frenar la degradacin haciaThanatia.

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