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El Blog de Ignacio Mártil

transición energética

Las Tierras Raras, ¿el paraíso por venir?

21 marzo, 2022 Ignacio Mártil 1 COMENTARIO

En Sin categoría

Empiezo este post con un mapa, la distribución de los yacimientos de tierras raras en el mundo, y con un dato: cada año, el comercio mundial de Tierras Raras mueve 250.000 toneladas de estos elementos químicos. Se utilizan, principalmente, en teléfonos móviles y en aerogeneradores, aunque cada uno lleva cantidades ínfimas de estos elementos.

Mapa yacimientos de tierras raras
Yacimientos de tierras raras en el mundo.

Con problemas y en un camino lleno de obstáculos, gran parte de los Gobiernos del mundo están promoviendo diversos procesos de transición hacia economías de bajas emisiones de carbono, una meta ineludible para tratar de limitar el calentamiento global y la emergencia climática asociada. Uno de los factores clave de esta transición son las denominadas tierras raras, minerales cuya extracción no está exenta de dificultades.

Antes de la primacía de China

Entre las décadas de 1950 y 1980, la mayor parte de las tierras raras del mundo se extraían de la mina a cielo abierto de Mountain Pass, situada en el estado de California, en EE. UU. La empresa que explotaba ese yacimiento era Molycorp Minerals. Con uno de los depósitos de mayor calidad del mundo y más del 7 % de contenido de tierras raras, Mountain Pass se convirtió en la principal fuente mundial desde la década de 1960 hasta la de 1990. Posteriormente, China estableció una posición dominante en toda la cadena de suministro de tierras raras, dato que analizaré con más detalle en otro post.

En 2017, la compañía MP Materials adquirió Mountain Pass. En ese momento, la mina estaba completamente inactiva. Los nuevos dueños reiniciaron la producción y se han embarcado en un plan con objeto de restaurar la cadena completa de suministro de tierras raras en EE. UU.; desde entonces se ha aumentado la producción y se han obtenido 38.500 toneladas de tierras raras en 2020. Esto representa más del 15 % de la producción mundial y un récord en toda la historia de ese yacimiento.

Mina de Mountain Pass, California.
Mina a cielo abierto de Mountain Pass, en el estado de California.

¿Por qué queremos las tierras raras?

Queremos disponer de vehículos eléctricos impulsados por baterías de iones de litio con mayor autonomía cada vez, con motores eléctricos cada vez más compactos y eficientes, además de sencillos de mantener. Por otra parte, imaginamos un territorio en el que proliferan instalaciones de energías renovables, como las constituidas por huertos solares fotovoltaicos o por enormes aerogeneradores, instalados tanto en tierra como en el mar.

Aunque todavía difícil de imaginar, la tecnología aeronáutica será capaz de fabricar pequeños aviones eléctricos que podrán realizar trayectos cortos. En las ciudades y pueblos, todos los sistemas de iluminación podrán ser de bajo consumo. Si todo esto evoluciona en esa dirección, parece factible pensar que la dependencia de los combustibles fósiles tocará a su fin.

Pero no todo es tan idílico como parece: las nuevas tecnologías necesarias para llevar a cabo la deseada transición energética y la revolución digital –ambas estrechamente relacionadas– quizá nos liberen de la quema de hidrocarburos, pero requieren de cantidades ingentes de tierras raras; materias primas que, obviamente, también son finitas y en cuyo proceso de extracción seguimos dependiendo de los combustibles fósiles.

Utilidades de las tierras raras

Como ya indiqué en anteriores post publicados en este mismo blog, las tierras raras tienen múltiples usos en sectores muy diversos; desde telecomunicaciones, tecnologías renovables de producción de electricidad y electrónica, hasta defensa, iluminación, etc. Están incorporadas a televisores, ordenadores, teléfonos móviles, baterías, pantallas de cristal líquido y todo tipo de imanes.

Se usan en aleaciones de propiedades excepcionales, como catalizadores de diferentes reacciones químicas, van incorporadas en láseres de estado sólido, en los sistemas de control y guía de misiles, en gafas de visión nocturna. En medicina se utilizan en tecnologías de diagnóstico y tratamiento: Resonancia Magnética Nuclear, imagen por Rayos X, Tomografía (TAC) y terapias anticancerígenas.

Algunas de las propiedades físicas y químicas de las tierras raras son tan excepcionales que gracias a ellas hemos dado un gran salto tecnológico; hoy son imprescindibles por su gran número de aplicaciones. Solo un par de ejemplos para hacernos una idea de su utilidad y de su necesidad:

Teléfono móvil:

Tierras raras en un teléfono móvil.
Las tierras raras en un teléfono móvil.

Como ya vimos en un post anterior, cada teléfono móvil contiene entre 65 y 70 elementos químicos; algunos de ellos son extremadamente escasos, ocho son tierras raras y otros, como el cobalto, son muy conflictivos por los tremendos problemas sociales y ambientales que generan en los lugares de su extracción; es el caso de este metal, cuyas fuentes principales se encuentran en la República Democrática del Congo.

Vehículo eléctrico:

Gráfico con las tierras raras en un vehículo eléctrico.
Las tierras raras en un vehículo eléctrico.

Un vehículo eléctrico contiene alrededor de 10 kilogramos de tierras raras, el doble que un coche de gasolina. De hecho, un vehículo eléctrico es un verdadero yacimiento de minerales con ruedas. Si hacemos unos números y extrapolamos hacia un futuro posible, en el que en el planeta puedan circular 2.000 millones de vehículos eléctricos, podemos ver la ingente cantidad de tierras raras que serán necesarias para poder fabricarlos.

El conflicto ya está aquí

Las tierras raras y, en general, los denominados minerales críticos son vitales para el desarrollo económico de la sociedad, pero el suministro dista mucho de estar asegurado, tanto por su dificultad de extracción como por motivos geopolíticos; estas cuestiones geopolíticas desde hace ya unos años están remodelando de forma radical un escenario mundial fuertemente dominado por China.

Uno de los grandes problemas de estos valiosísimos elementos es que nunca se encuentran en forma pura. Están dispersos por toda la corteza terrestre, formando parte de distintos tipos de minerales, en los que se encuentran en proporciones mínimas, en cantidades del orden de 100 gramos por tonelada. En sucesivos post ahondaré en la problemática de las tierras raras.

Los minerales críticos, ¿el petróleo del siglo XXI?

14 febrero, 2022 Ignacio Mártil 1 COMENTARIO

En Sin categoría

A pesar de las dificultades, que se han puesto de manifiesto en la reciente cumbre de Glasgow, el sistema energético mundial se encuentra en medio de una importante transición hacia fuentes de energía limpias. Los esfuerzos de un número cada vez mayor de países y empresas para reducir sus emisiones de gases de efecto invernadero exigen el despliegue masivo de una amplia gama de tecnologías, muchas de las cuales a su vez dependen de minerales críticos como el cobre, el litio, el níquel, el cobalto y las denominadas tierras raras.

Mina de litio a cielo abierto en el desierto de Jujuy (en Argentina).

A medida que la transición hacia las fuentes renovables se acelera en todo el planeta, y los paneles solares, las turbinas eólicas y los automóviles eléctricos se despliegan en una escala creciente, los mercados de los minerales críticos podrían estar sujetos a volatilidad de los precios, influencia geopolítica e incluso de interrupciones en el suministro.

Los minerales críticos traen desafíos a la seguridad energética

Un sistema energético alimentado por tecnologías renovables difiere profundamente de uno alimentado por los basados en combustibles fósiles. Las plantas solares fotovoltaicas, los parques eólicos y los vehículos eléctricos requieren más minerales que sus equivalentes dependientes de los combustibles fósiles. Un automóvil eléctrico típico requiere seis veces más minerales que un automóvil convencional y una planta eólica necesita nueve veces más recursos minerales que una central térmica de gas natural.

Los tipos de recursos minerales utilizados varían según la tecnología. El litio, el níquel, el cobalto, el manganeso y el grafito son cruciales para el rendimiento de las baterías, su longevidad y su densidad energética. Las tierras raras son esenciales para los imanes permanentes que utilizan las turbinas eólicas y para los motores de los vehículos eléctricos. Las redes eléctricas necesitan una gran cantidad de cobre y aluminio, siendo el cobre una piedra angular para todas las tecnologías relacionados con la electricidad.

Esta imagen lo muestra (fuente: Agencia Internacional de la Energía):

Requisitos de elementos químicos de las nuevas tecnologías.

Aumento sustancial de la demanda

El cambio a un sistema energético basado en tecnologías renovables impulsará un enorme aumento en los requisitos para estos minerales, lo que significa que el sector de la energía está emergiendo como una fuerza clave en los mercados de estos minerales. Hasta mediados de la década de 2010, el sector de la energía representaba una pequeña parte de la demanda total de la mayoría de los minerales. 

Sin embargo, a medida que la transición energética se acelera, se están convirtiendo en el segmento de más rápido crecimiento. La participación de las tecnologías renovables en la demanda total aumentará significativamente en las próximas dos décadas a más del 40 % para el cobre y las tierras raras, el 60-70 % para el níquel y el cobalto y casi el 90 % para el litio. De hecho, los vehículos eléctricos y el almacenamiento con baterías ya han desplazado a la electrónica de consumo para convertirse en el mayor consumidor de litio.

La garantía de suministro, un nuevo cuello de botella

A medida que los países aceleran sus esfuerzos para reducir las emisiones, también deben asegurarse de que sus sistemas energéticos sigan siendo fiables y seguros. Los actuales mecanismos internacionales de seguridad energética están diseñados para proporcionar garantías frente a los riesgos de interrupciones o picos de precios en los suministros de hidrocarburos, en particular petróleo, y en estos meses, el gas natural. Las preocupaciones sobre la volatilidad de los precios y la seguridad del suministro no desaparecerán en un sistema energético dominado por las energías renovables. Esta es la razón por la que se debe prestar mucha atención a la cuestión de los minerales críticos. 

En otras palabras, a medida que se acelera la transición energética, la energía se está convirtiendo en un importante consumidor de minerales críticos, lo que tendrá consecuencias de largo alcance para la minería de estos elementos.

La energía eólica, que hace un uso intensivo de materiales, es uno de los sectores más demandante de estos minerales en estos momentos. La energía solar fotovoltaica le sigue de cerca, debido al gran volumen de capacidad que se instala año tras año. En otros sectores, el rápido crecimiento del hidrógeno como “almacén” de energía sustenta un importante crecimiento de la demanda de níquel y circonio para electrolizadores y de metales del grupo del platino para pilas de combustible. La demanda de cobalto podría ser de 6 a 30 veces mayor que los niveles actuales, dependiendo de la evolución de la tecnología de las baterías. 

Papel crucial de la política

Del mismo modo, las tierras raras pueden tener una demanda de tres a siete veces mayor en 2040 que en la actualidad. La mayor fuente de variabilidad de la demanda proviene de la incertidumbre en torno a la velocidad con la que se pongan en marcha las políticas encaminadas a un escenario renovable. La gran pregunta es si el mundo realmente se dirige hacia un escenario cada vez más neutro en emisiones de gases de efecto invernadero. Los responsables políticos tienen un papel crucial en la reducción de esta incertidumbre, dejando claras sus ambiciones y convirtiendo los objetivos en acciones. Esto será vital para reducir los riesgos de inversión y garantizar un flujo adecuado de capital a nuevos proyectos.

Finalizo con un cuadro muy llamativo: hoy en día, los ingresos por la producción de carbón son diez veces mayores que los debidos a los minerales críticos. Sin embargo, en un escenario impulsado por la transición energética, la facturación de minerales críticos superará a la del carbón mucho antes de 2040.

El cambio de paradigma: del negocio del carbón al de los minerales críticos.

Sin la menor duda, nos encontramos en los comienzos de un nuevo mundo, lleno de expectativas, pero también de incertidumbres.

Minerales necesarios para la transición a tecnologías de bajas emisiones

14 septiembre, 2021 Ignacio Mártil HAZ UN COMENTARIO

En Sin categoría

Los minerales y metales están desempeñado un papel fundamental en el auge de muchas de las tecnologías de bajas emisiones que se utilizan ampliamente hoy en día; desde turbinas eólicas, paneles solares y baterías de almacenamiento de la energía eléctrica, hasta los vehículos eléctricos. Para hacernos una idea de la variedad de elementos químicos que se necesitan en estas nuevas tecnologías, la siguiente figura ilustra los que lleva en su interior un vehículo eléctrico, referida exclusivamente a las denominadas tierras raras:

Dentro de un vehículo eléctrico: un verdadero mosaico de las Tierras Raras de la Tabla Periódica. En la figura no están incluidos otros elementos imprescindibles para su fabricación como son cobre, litio, cobalto, grafito, níquel y manganeso.

A medida que aumenta el despliegue de estas tecnologías, el sector energético también se está convirtiendo en una parte vital de la industria de la minería de estas materias primas esenciales para fabricarlos. La siguiente figura muestra las demandas de diferentes minerales en varios sectores vinculados a la transición energética. Los datos están obtenidos de este informe publicado por la Agencia Internacional de la Energía (IEA, por sus siglas en inglés):

Necesidades minerales de diversas tecnologías vinculadas a la transición energética: Alto (punto negro); Moderado (punto gris ); Bajo ( punto blanco). El significado de algunas siglas es el siguiente: REEs (tierras raras), PGMs (minerales del grupo del platino), CSP (energía solar termoeléctrica).

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Tras la pandemia, la escalada de precios de las materias primas

11 julio, 2021 Ignacio Mártil HAZ UN COMENTARIO

En Sin categoría

Tras los momentos más duros vividos el año pasado y la primera parte de este, derivados de los efectos de la pandemia, parece claro que la economía se está recuperando. Uno de los efectos de esta recuperación, no previsto por ningún organismo internacional, es el brusco encarecimiento de los precios de todo aquello que necesitamos en la vida diaria. Hay ciertas materias primas cuya subida de precios es, sencillamente, disparatada.

Este proceso se está trasladado a toda clase de productos y materiales con los que se construye el mundo contemporáneo; su escasa disponibilidad y altísima demanda ha elevado los precios por encima de su media histórica. La siguiente gráfica muestra ese encarecimiento en diversas materias primas:

Evolución de los precios de las diez materias primas más usadas.
Los precios de diez de las materias primas más utilizadas en todo el mundo en el período enero 2020-abril 2021 (entre ellos se hallan el mineral de hierro, el estaño, el cobre, el paladio y la plata).

La imagen anterior muestra la evolución reciente de los precios de diez productos básicos que han experimentado aumentos de precios significativos desde enero de 2020. Desde la madera para la construcción de viviendas hasta los metales para la electrónica, los productos básicos en tres categorías (agricultura, metales y energía) se han recuperado desde que alcanzaron mínimos alrededor de marzo de 2020 debido al cierre del planeta.

Entre los productos básicos agrícolas, el precio de la madera aumentó un 304 % entre enero de 2020 y mayo de 2021; y llegando a máximos históricos. Los precios de los alimentos también han experimentado un fuerte aumento desde la mitad del año pasado. Entre los metales, los precios del mineral de hierro subieron un 114 %, alcanzando un récord. El estaño y el cobre también subieron a precios máximos históricos a partir de mayo, seguidos por el paladio y la plata, los cuales registraron un aumento de más del 50 % en los precios desde enero de 2020.

¿Por qué están aumentando los precios de las materias primas?

TABLAS DE MADERA: Las tablas de madera, la forma de madera que usan los constructores para construir y renovar casas, principalmente en Estados Unidos, ha sufrido un enorme aumento de su precio. En enero de 2020, la tabla de 300 metros, el estándar de la industria, cotizaba a 330 euros. En mayo de 2021 está por encima de los 1.300 euros, un crecimiento disparatado del 304 %. Los motivos son variados: la recuperación del mercado de la vivienda en EEUU, muy dependiente de la madera, ha disparado su demanda. En consecuencia, los precios se han incrementado fuertemente.

MINERAL DE HIERRO Y ESTAÑO: La recuperación económica mundial, liderada por China, está impulsando la demanda de acero y, a su vez, de mineral de hierro. Por el lado de la oferta, la industria se enfrenta, otra vez, a una escasez. Por lo que respecta al estaño, sus precios se están disparando debido a la creciente demanda de productos electrónicos de consumo en medio de la escasez de la oferta. Las interrupciones del suministro inducidas por la pandemia llevaron a una disminución del 10 % en la producción de estaño en 2020. Ahora, la demanda crece y la oferta, de nuevo, no la puede satisfacer.

COBRE: La historia del cobre es similar a la del mineral de hierro, donde las economías en trance de recuperación están impulsando la demanda de este metal. Los inversores son optimistas sobre el cobre, debido a su papel fundamental en las tecnologías verdes, aunque con perspectivas de que habrá dificultades de suministro a largo plazo.

PALADIO: Muchos países están imponiendo estándares de emisión de automóviles más estrictos, lo que está impulsando la demanda de paladio, un ingrediente clave en los catalizadores, dispositivos que convierten las emisiones tóxicas de los vehículos de gasolina en gases menos dañinos. A diferencia de las subidas y bajadas en forma de montaña rusa de los precios de las materias primas, los precios del paladio han estado aumentando desde hace casi una década.

Tablas de madera para construir y renovar viviendas. Han aumentado su precio enormemente.
Las tablas de madera es la la forma de madera que emplean los constructores para construir y rehabilitar viviendas, principalmente en EEUU.

¿Estamos ante el inicio de un superciclo de productos básicos?

Si bien es difícil predecir la sostenibilidad de unos precios tan elevados, el aumento observado en las materias primas en todos los ámbitos hace que tal vez estemos en el comienzo de un superciclo. Los superciclos son períodos de una duración no inferior a una década; durante estos, los precios de las materias primas tienen una tendencia por encima de sus promedios a largo plazo. El último superciclo duró desde 1996 hasta alrededor de 2016, impulsado por la rápida industrialización de Brasil, India, Rusia y China (las llamadas economías BRIC).

Hoy en día, los gobiernos de todo el mundo están en transición hacia las tecnologías limpias, que implican el uso intensivo de multitud de minerales, tal y como vimos en el anterior post, lo que probablemente aumentará la demanda de minerales en los próximos años.

Al ciclo natural de la oferta y la demanda en este último año hay que sumar otros problemas, el principal de los cuales es el logístico: las cadenas de suministro mundiales tuvieron que frenarse cuando la economía paró a causa de la pandemia. Dado que no ha habido tiempo de ponerse al día una vez se ha reactivado, falta de todo, desde microchips hasta contenedores para transportar los bienes de consumo que se producen en cualquier lugar del planeta.

Así estamos al comienzo del verano de 2021. Es una situación tan volátil que hacer previsiones más allá de un año es una verdadera osadía.

El escenario energético mundial: consecuencias de la pandemia

21 abril, 2021 Ignacio Mártil 2 COMENTARIOS

En Sin categoría

La disponibilidad de uso de los recursos energéticos condiciona nuestro modo y calidad de vida; pero también amenaza con socavarla, puesto que el consumo creciente de energía es una de las principales causas del cambio climático, como certificó la 21er Cumbre sobre Cambio Climático celebrada en París en 2015. Este es el escenario energético mundial.

Los principales responsables del insostenible consumo energético de las últimas décadas son, de una parte, ciertos aspectos del modo de vida de parte de la población mundial, localizada principalmente en los países industrializados; este porcentaje supone menos del 25 % del total de la población mundial. Y de otra, el aumento demográfico experimentado en las últimas décadas, una suerte de tormenta perfecta que ya he descrito en un libro de reciente aparición.

Refinería petrolífera de Ras Tanura, en Arabia Saudí.

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El viento, una de las claves para una transición energética sostenible

12 julio, 2020 Ignacio Mártil HAZ UN COMENTARIO

En Sin categoría

La energía eólica, la energía solar fotovoltaica, la energía solar termoeléctrica, incluso la energía que obtenemos de los combustibles fósiles (petróleo, gas y carbón), provienen, en último término, del Sol.

Durante un año, la Tierra recibe del Sol 1,74 ´ 1017 W de potencia sobre su superficie; o lo que es lo mismo 1,74 x 1017 ´ 8760 h = 1,5 ´ 1018 kW.h de energía al cabo del año. Alrededor del 1-2 % de esa descomunal cantidad se puede convertir en energía eólica debido al movimiento de las masas de aire, ya que el viento se origina por el calentamiento del aire, de la tierra y del mar por la radiación solar; fenómeno que se hace especialmente relevante en lugares montañosos y en las zonas costeras.

De esta forma, podemos entender que la energía eólica es básicamente una forma indirecta de energía solar. Su aprovechamiento se lleva a cabo mediante turbinas eólicas, que transforman la energía cinética del aire en movimiento en energía de rotación, que, a su vez, mueve el rotor de una turbina y la transforma en energía eléctrica. A grandes rasgos, los generadores eólicos pueden clasificarse en dos grandes grupos: de eje horizontal y de eje vertical.

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¿Qué países funcionan con un 100 % de energía renovable?

5 diciembre, 2019 Ignacio Mártil HAZ UN COMENTARIO

En Sin categoría

Estamos en pleno desarrollo de la Cumbre sobre el Clima en Madrid y una de las soluciones para enfrentarse al problema del Calentamiento Global pasa, obviamente, por eliminar las fuentes de obtención de energía basadas en combustibles fósiles y sustituirlas por energías renovables.

Muchos países están embarcados en esta transición energética, pero en la actualidad, ya hay varios que pueden presumir de tener mix energéticos con un 100 % de generación renovable, aunque hay que hacer la salvedad de que, dada la intermitencia de estas fuentes, el 100 % se logra de manera temporal y no permanente, aunque por períodos de tiempo muy prolongados. Veamos quiénes son.

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Dificultades para una transición energética sostenible

24 abril, 2018 Ignacio Mártil HAZ UN COMENTARIO

En Sin categoría

Parece más que evidente que, si queremos un futuro energético sostenible en un planeta amable, el actual modelo energético es inviable. Ahora bien, ¿cómo podemos cambiar el mix energético global?, ¿qué tecnologías se pueden utilizar?, ¿qué dificultades aparecen para esa transición? Veamos…

Fuentes de energía renovables
Fuente de la imagen: news.energysage.com.

  1. Tecnologías renovables para una transición energética

Al día de hoy, no existen otras fuentes de energía alternativas a las basadas en combustibles fósiles y a nuestro alcance que las fuentes renovables, entre las que destacan, tanto por su grado creciente de utilización, como por su cada vez mayor desarrollo y maduración tecnológica, las “nuevas” renovables: eólica, solar fotovoltaica y termosolar; a las que debemos unir las renovables clásicas: hidráulica y biomasa.

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Ignacio Mártil

Ignacio Mártil

Soy Doctor en Física (1982) y Catedrático de Universidad (2007) en el área de Electrónica. Realizo mi actividad investigadora en la Universidad Complutense de Madrid, de carácter marcadamente experimental, en el campo de la física de los semiconductores. Soy especialista en propiedades eléctricas y ópticas de estos materiales, así como en dispositivos electrónicos y opto-electrónicos basados en ellos, siendo mi principal objetivo en la actualidad el estudio de conceptos avanzados en células solares.

Mi trabajo científico se concreta en los siguientes indicadores principales: soy co-autor de más de 150 artículos científicos publicados en revistas de alto impacto de ámbito internacional; he presentado cerca de 100 ponencias en congresos internacionales; he participado y participo, como Investigador Principal o como miembro del equipo investigador, en 22 proyectos de investigación financiados con fondos públicos en concurrencia competitiva; he dirigido 7 Tesis Doctorales; finalmente, soy evaluador de publicaciones (“referee”) de 15 revistas científicas internacionales.

Soy miembro de la Real Sociedad Española de Física y realizo un intensa labor divulgativa mediante mi blog personal "Un poco de Ciencia, por favor", que se encuentra alojado en el diario Público

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