El agotamiento de la ‘gran mina Tierra’

La valoración exergética, una forma de medir la disponibilidad de recursos minerales.

Alicia Valero y Antonio Valero, CIRCE - Universidad de Zaragoza. Revista El Ecologista nº 63

Es claro que la extracción de recursos minerales crece a unos ritmos frenéticos. Un análisis exergético de la situación nos permite ver en qué medida hemos agotado los diferentes elementos minerales en los últimos años. La conclusión de este análisis es clara: para garantizar la sostenibilidad en el planeta no basta con reducir nuestras emisiones contaminantes. También debemos reducir drásticamente la extracción de materiales.

El siglo XX se ha caracterizado por el crecimiento económico de muchos países industrializados. Este crecimiento ha sido soportado por la extracción masiva y utilización de los recursos minerales de la tierra. La tendencia general observada en todo el mundo es que el consumo seguirá creciendo debido al rápido desarrollo de Asia, el afán de alcanzar un nivel de vida más alto de los países en desarrollo y el progreso tecnológico. Obviamente las épocas de crisis como la que estamos viviendo en la actualidad hacen frenar temporalmente dicho crecimiento, pero la historia muestra que superada la crisis, el consumo de recursos continúa con su aumento exponencial [1].

Probablemente, ninguna generación pasada o futura habrá sido más destructiva que la nuestra. En el pasado esto es obvio, y en el futuro, porque no existirán más recursos que consumir. Irónicamente, cuanto más rápido avanzamos, más tiempo estamos consumiendo. Tan sólo la inteligencia, que nos ayuda entender este fenómeno y nos recomienda preservar, reciclar, buscar procesos más eficientes, etc., nos permitirá salvarnos de los efectos de la actual depredación de recursos.

Sin embargo las preocupaciones internacionales siguen estando muy alejadas de este hecho. En la actualidad se presta más atención a cuestiones relacionadas con el uso de los recursos naturales, tales como el cambio climático, la pérdida de biodiversidad o la contaminación de suelos y ríos, que al agotamiento de los minerales. Naturalmente estos problemas también necesitan solucionarse y poco a poco están abordándose con acuerdos internacionales, campañas de divulgación, etc.

Por otra parte, la enorme cantidad de energía recibida cada día por el sol (1.353 J/m2s) ayuda a restaurar por lo menos parcialmente los daños causados a la biosfera, atmósfera e hidrosfera. Sin embargo la reposición natural de la geosfera, procedente principalmente del interior del planeta (0,034-0,078 J/m2s) está cercana a cero comparada con el resto de las esferas externas de nuestro planeta.

Durante millones de años la naturaleza ha formado y concentrado minerales a través de un elevado número de procesos geológicos, formando el stock natural existente. Los depósitos minerales que se encuentran concentrados sirven de almacén de materiales y energía para el hombre. Y cuanto más concentrada se encuentra una mina, menos esfuerzo se requiere para su extracción. La minería implica una obvia reducción del stock natural de los minerales extraídos, pero también de los combustibles fósiles requeridos en la extracción. Dichos minerales siguen un proceso de concentración y refino para obtener las materias primas deseadas, para lo cual se requieren cantidades adicionales de otros materiales y combustibles. De esta forma, el stock natural concentrado en la corteza terrestre se convierte en stock del hombre. Cuando finaliza la vida útil de los productos, dichos materiales acaban dispersándose como residuos en vertederos o en forma de contaminación.

La segunda ley de la termodinámica nos dice que cuando la concentración de un recurso tiende a cero, la energía requerida para extraer el mineral tiende a infinito. Por tanto, desde un punto de vista práctico, lamentablemente es casi imposible recuperar de nuevo los recursos que han sido dispersados.

Esta es justamente la razón del porqué es tan importante el reciclado para la sociedad. Pero muchos aditivos como el cromo, molibdeno o manganeso en el acero o en pinturas, o los nuevos metales utilizados en nanotecnologías y microelectrónica como el indio, germanio, tantalio, etc. son extremadamente difíciles de reciclar. Además, el caso de los materiales estratégicos se está convirtiendo en un problema dramático. Algunos de los minerales agotados en los países del Norte están extrayéndose en países del Sur causando corrupción, guerras, sociedades desequilibradas, daños ambientales irreversibles, etc. hasta tal punto que a este problema se le ha llegado a denominar “la maldición de los recursos”.

Lo cierto es que nuestra sociedad está basada en un uso ineficiente de energía y materiales ya que existe una falta de conciencia sobre sus límites. Si los recursos son limitados, su gestión debe planificarse adecuadamente. Pero es imposible gestionar eficientemente los recursos de la tierra si no conocemos cuánto hay disponible y a qué velocidad se están consumiendo. Por lo tanto, necesitamos herramientas de gestión y contabilidad y sobre todo decisión política para llevarlo a cabo.

La exergía como forma de evaluar la pérdida de capital mineral

Estas herramientas requieren de una base teórica y filosófica que proporciona de forma natural la termodinámica. El uso de la segunda ley a través del concepto de la exergía y el ambiente de referencia, nos permite progresar en algo más que palabras. Los conceptos pueden convertirse en números y luego en indicadores objetivos y universales de la destrucción del planeta debido a la acción humana. Este estudio ha empleado la termodinámica y en particular la exergía para evaluar la pérdida de capital mineral de la tierra por varias razones:

  1. La exergía mide la mínima cantidad de energía requerida para construir un sistema (como por ejemplo un mineral) a partir de un ambiente de referencia establecido. Este ambiente de referencia equivale a una tierra hipotética donde todas las sustancias han reaccionado y se han dispersado. De esta forma, la exergía proporciona una medida del esfuerzo de reponer sustancias desde las condiciones de máxima degradación hasta las condiciones encontradas en la naturaleza. Nótese que la naturaleza no puede compensarse con dinero. Sólo puede hacerse con técnicas de recuperación, restauración o sustitución. De aquí se deriva que el dinero no es el mejor indicador para la contabilización de recursos, además de ser una unidad arbitraria dependiente de multitud de factores externos.
  2. Al ser una propiedad física, no está sujeta a arbitrariedades como ocurre con el indicador monetario. La contabilización es universal y no depende del lugar donde se esté llevando a cabo.
  3. La exergía mide en un único indicador con unidades energéticas como julios o toneladas equivalentes de petróleo (tep), las principales características que hacen que un recurso mineral sea valioso: cantidad, composición y calidad (o concentración).
  4. La exergía es una propiedad aditiva, lo que permite agregar y desagregar la contabilización de todo tipo de sustancias (como por ejemplo oro y petróleo). Este no es el caso si la contabilidad se hace en términos de masa.
  5. La exergía permite aplicar el bien conocido pico de Hubbert (utilizado tradicionalmente para estimar el pico de producción de combustibles) a minerales no energéticos, puesto que incorpora información no sólo sobre la cantidad de mineral extraída, sino también sobre la calidad (concentración) del depósito mineral donde se extrae.

A continuación se presentan los resultados obtenidos para la evaluación de la pérdida de capital mineral de la tierra a lo largo del siglo XX.

Minerales no energéticos

Con la ayuda de datos históricos del USGS [2] hemos obtenido los costes exergéticos (B*t) de reposición de los principales 51 minerales no energéticos a lo largo del siglo XX. Asimismo se ha obtenido el grado de agotamiento de los minerales calculado como el cociente entre la cantidad extraída de mineral hasta la actualidad y el total de reservas base [3] del mineral existente a principios de siglo, ambos expresados en términos exergéticos.

De acuerdo con nuestros resultados, el coste exergético de reposición de los minerales extraídos hasta la actualidad es igual a un mínimo de 51 Gtep. En otras palabras, si tuviésemos que reponer con la tecnología actual todo el capital mineral extraído durante el pasado siglo, necesitaríamos un mínimo de la tercera parte de todas las reservas de petróleo mundiales (178 Gtep, según BP 2007).

En la figura 1 se observa que tan sólo 3 minerales son los responsables de la mayor degradación exergética del capital mineral de la tierra. Estos son: hierro, con un 63% del total, seguido de aluminio, con un 24%, y finalmente cobre, con un 6%.

Fig. 1: Pérdida exergética de los principales minerales no energéticos a lo largo del siglo XX

Excluyendo al hierro y al aluminio, que eclipsan al resto de los minerales, observamos en la figura 2 que en orden decreciente, la producción de manganeso, cinc, níquel, circonio, plomo, cromo, uranio, estaño y oro contribuyen también significativamente a la degradación del capital mineral. Es interesante observar, que la tendencia general observada de degradación sigue claramente una curva exponencial, por lo cual es posible aplicar el modelo de Hubbert para predecir los picos de producción de los minerales.

Fig. 2: Pérdida exergética de los 15 minerales no energéticos más importantes (excluidos hierro y aluminio) durante el siglo XX

Según los ratios de agotamiento, el hombre ha degradado en tan sólo un siglo alrededor del 26% de las reservas base minerales no energéticas. Los años estimados hasta la degradación de las reservas base son de unos 191 años. Es importante reseñar que esto sólo son valores mínimos y que se ha asumido que no se encontrarán más depósitos. Sin embargo, la extracción sigue una tendencia exponencial, por lo que el descubrimiento de nuevos depósitos puede que no compense apenas el aumento acelerado de las tasas de producción.

De acuerdo con la figura 3, los minerales más degradados son en orden decreciente: el mercurio, con el 92% de sus reservas extraídas, plata (79%), oro (75%), estaño (75%), arsénico (75%), antimonio (72%) y plomo (72%). Por otro lado, los minerales de cesio, torio, minerales del grupo del platino (PGM), tántalo, aluminio, cobalto y niobio son los menos degradados, habiéndose extraído menos del 20% de los recursos mundiales.

Fig. 3: Grado de agotamiento en porcentaje de los principales minerales no energéticos

A pesar de la extracción intensiva de hierro y aluminio a lo largo del siglo XX, sus abundancias respectivas han evitado problemas de escasez. Sus tasas de agotamiento son de alrededor del 28 y 15%, respectivamente. Desafortunadamente ése no es el caso del cobre, que ha sido y está siendo extraído de forma masiva. Más del 50% de las reservas mundiales de cobre han sido agotadas.

Para estos últimos tres minerales hemos aplicado el modelo de Hubbert considerando sus reservas base en el año 1900. Hemos representado los costes exergéticos de reposición frente al tiempo, para luego poder comparar el resultado con los combustibles fósiles. De acuerdo con los modelos, el pico de producción del hierro se alcanzará en el año 2068, el de aluminio en 2057 y el de cobre en 2024 (ver figura 5).

Los resultados deben considerarse aproximativos. Sin embargo nos están indicando que la extracción de recursos minerales en tan sólo un siglo ha sido excesiva si se compara con periodos de tiempo pasados. En un futuro no muy distante, el hombre tendrá que buscar alternativas a los minerales más degradados. Esto ya ha ocurrido en algunas aplicaciones, como por ejemplo la sustitución del cobre por aluminio en conductores y cables. Pero la sustitución sólo será posible si hay disponibilidad de otros recursos.

Minerales energéticos

En este estudio se ha realizado un análisis similar para los combustibles fósiles convencionales, a saber, carbón, petróleo y gas natural. La degradación de combustibles fósiles a lo largo de la historia requiere de los datos de extracción histórica de carbón, petróleo y gas natural. Las estadísticas mundiales de combustibles fósiles han sido reconstruidas a partir de diferentes fuentes de información, siendo las más importantes las del British Geological Survey y sus organizaciones precedentes.

La figura 4 muestra la pérdida de exergía de carbón, petróleo y gas natural en el último siglo, comparada con la pérdida exergética de los principales minerales no energéticos. A pesar de que el combustible más extraído ha sido el carbón, en términos exergéticos, el fuel más consumido ha sido el petróleo. El petróleo ha supuesto el 42% de la degradación total de fuel en el siglo XX, mientras que el carbón y gas natural se sitúan en el 38 y 20%, respectivamente. La exergía total degradada debida al consumo de combustibles fósiles convencionales ha sido de 382 Gtep, correspondiendo al 30,5% de las reservas de combustibles fósiles probadas en 2006.

Fig. 4: Pérdida exergética de los combustibles convencionales y los principales minerales no energéticos durante el siglo XX

Si sumamos la pérdida exergética de los combustibles fósiles, a los costes exergéticos de reposición de los minerales no energéticos, obtenemos que el hombre ha degradado en el siglo XX un total de 433 Gtep. La velocidad de degradación registrada en 2006 alcanzó las 12 Gtep. La mayor parte de esta degradación (82%) es debida a la combustión de combustibles fósiles. La extracción de hierro es responsable del 7,4% del total, la de aluminio del 2,8%, la de cobre del 0,7% y la extracción del resto de minerales del 0,8%.

Sin excepción, la producción de todos los combustibles fósiles ha seguido un comportamiento exponencial, lo que nos permite aplicar satisfactoriamente la curva de Hubbert.

Dentro de los combustibles fósiles convencionales, el carbón es obviamente el menos degradado (27,9%), debido a sus amplias reservas en todo el mundo. El ratio R/P (reservas frente a producción o extracción) indica que existen suficientes reservas para al menos 156 años. El modelo de Hubbert aplicado a las reservas de carbón (figura 5), revela que el pico de producción se alcanzará en el año 2060. Nuestro estudio contradice la estimación reciente del Energy Watch Group, que señala un pico de producción de carbón en 2025.

Las reservas de gas natural están significativamente más agotadas que las de carbón. En el periodo estudiado, el consumo de gas natural ha dado lugar a la degradación del 30,9% de sus reservas exergéticas. El ratio R/P revela que hay suficiente gas natural para 63 años. El pico de producción de gas natural se alcanzará en 2023, según el modelo de Hubbert aplicado. Bentley estimó en el año 2002 que el pico global de la producción de gas natural está a la vista y que podría alcanzarse en quizá 20 años. Por tanto, la estimación de Bentley se ajusta bien a los cálculos realizados en este estudio.

Sin duda alguna, el petróleo es el mineral más degradado, habiendo extraído casi la mitad de sus recursos (47,5%). El ratio R/P indica que hay suficiente petróleo para sólo 42 años. La curva de Hubbert alerta que el pico se ha alcanzado en 2008. El valor anterior se ajusta muy bien a las predicciones de otros autores como Hatfield, Kerr o Campbell y Laherre, que predijeron que el pico de petróleo se alcanzaría entre 2004 y 2008.

La figura 5 resume los resultados obtenidos, mostrando “la cuenta atrás exergética” de los principales minerales extraídos en la tierra. Este tipo de representación sólo es posible realizarlo con el indicador exergético, puesto que incorpora en una misma propiedad todas las características físicas del recurso y emplea la misma unidad de medida para todos los minerales. Como puede verse, el carbón, hierro y aluminio son los minerales que poseen los menores problemas de escasez. En el otro extremo se encuentran el petróleo, gas natural y cobre. Estos valores asumen que no se encontrarán más reservas en el futuro. Obviamente los números pueden variar si se realizan nuevos descubrimientos.

Fig. 5. Cuenta atrás exergética de los minerales más extraídos a lo largo del siglo XX

Sin embargo, el mismo análisis asumiendo que se duplican las reservas mundiales de estos minerales daría como resultado que el pico del carbón y del hierro se alcanzaría respectivamente en 2112 y 2111. Para el aluminio en 2085; cobre en 2056; petróleo en 2038 y gas natural en 2049. Esto implica que a excepción de cobre y hierro, ¡el pico tan sólo se desplaza a la derecha alrededor de 30 años!

Es necesario cambiar

A principios de los 70, hubo un movimiento de preocupación sobre la existencia de límites del crecimiento iniciado por Meadows et al. (1972) con su informe al Club de Roma. Su conclusión fue que si no se lleva a cabo una acción inmediata, el actual estándar de vida no podrá seguirse soportando y las economías mundiales podrían llegar a colapsar. Los límites del crecimiento predijeron un agotamiento del petróleo en 1992, entre otros recursos naturales. En lugar de agotamientos, las últimas dos décadas han estado marcadas por un exceso generalizado. El resultado fue que los precios de muchos minerales disminuyeron. Como consecuencia el mensaje del Club de Roma fue desacreditado. Pero la falta de precisión de la información y por tanto las predicciones prematuras sobre agotamientos futuros no invalidan la realidad del mensaje proporcionado en dicho libro. Obviamente el objeto de este trabajo no ha sido analizar la veracidad de sus predicciones, pero los resultados obtenidos en este estudio justifican la reconsideración de las reflexiones incitadas por el Club de Roma.

No es suficiente con establecer medidas convencionales de eficiencia energética, energías renovables u otras tecnologías como captura de CO2, fisión o fusión. Se debería proponer una limitación drástica en la extracción de materiales de la tierra y para ese propósito es imprescindible establecer acuerdos globales. Siempre y cuando “la gran mina Tierra” siga proporcionando materiales baratos cuyo valor esté asociado a los costes de extracción en lugar de a los de reposición seguirá siendo más económico expoliar el planeta que vivir con los materiales ya extraídos. Es necesario cambiar. La sociedad requiere desarrollo, no crecimiento.

Bibliografía
- Bentley, R. Global oil & Gas Depletion. Energy Policy, 2002, 30, 189-205
- BGS. World Mineral Statistics. British Geological Survey, Various years (1900 - 2007)
- BP. Statistical review of world energy. British Petroleum, 2007
- Campbell, C. & Laherrère, J. The end of cheap oil. Scientific American, 1998, 60-65
- EWG. Coal: resources and future production. Energy Watch Group, 2007
- Hatfield, C. Oil Back on the Global Agenda. Nature, 1997, 387, 121
- Hubbert, M. K. Nuclear Energy and the fossil fuels. Shell develpment Company. Exploration and Production Research Division, 1956
- Meadows, D. H.; Meadows, D. L.; Randers, J. & Behrens, W. W. The Limits to Growth. Universe Books, 1972
- USGS. Mineral Commodity Summaries. US Geological Survey, 2007
- Valero D., A. Exergy evolution of the mineral capital on earth. University of Zaragoza, 2008 http://www.exergoecology.com/




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