Cuáles son los minerales críticos y por qué se les denomina así

Existen varios minerales y metales que desempeñan y van a desempeñar un papel indispensable para lograr la transición energética necesaria con la finalidad de hacer frente a la emergencia climática actual. Estos elementos destacan por encima de materiales utilizados con regularidad, como el acero o el cobre, por sus propiedades específicas que permiten desde el funcionamiento de nuestros teléfonos móviles hasta la producción de energía renovable. De hecho, y de acuerdo con el estudio “Minerals for Climate Action: The Mineral Intensity of the Clean Energy Transition” (The World Bank , 2020) un futuro bajo en carbono dependerá intensivamente de los minerales ya que, tecnologías como las turbinas eólicas, las placas solares o la energía geotérmica, son muy dependientes de ciertos elementos. No obstante, el proceso de extracción y refinería de estos minerales, si no se regula y controla correctamente, puede tener un gran impacto social y medioambiental.  En verdad, la minería representa entre el 2 y el 11% del consumo global de energía (Columbia Center on Sustainable Investment (CCSI), 2018), mientras que el 70% de las minas de las 6 empresas mineras más importantes se encuentran en países con escasez de agua (IFC y ICMM, 2017).

El pasado 2015, en la COP 21, los líderes mundiales llegaron al denominado Acuerdo de París, en el cual se comprometían a mantener el calentamiento global como máximo a 2ºC. Para ello es necesario una transición energética. Bajo este escenario, el estudio del Banco Mundial ha definido 17 minerales[1] esenciales para esta transición. Este informe, no incluye los minerales que se necesitan para la transformación digital, aun así, la demanda de grafito, litio y el cobalto, por ejemplo, crecería un 450% de aquí a 2050 comparado con su producción en 2018 (The World Bank , 2020). El incremento en la demanda del resto de los minerales se puede observar en la Ilustración 1, obtenida también del mismo estudio.

Por su parte, la Unión Europea (UE), elabora desde 2011 un informe sobre los minerales críticos (Critical Raw Materials o CRM) que actualiza periódicamente. Diversos minerales se analizan en función de su papel en la industria europea, las nuevas tecnologías y la fabricación de energías limpias para proteger el medio ambiente. Para la correcta evaluación del nivel de criticidad de los minerales, se tiene en cuenta tanto su importancia estratégica para la economía como el riesgo derivado de la obtención de estos elementos. En el último informe disponible, de 2020, se encontraron 30 minerales críticos[2], 3 más que en el informe de 2017. (European Comission, 2017) (European Commission, 2020).

De estos minerales, algunos coinciden con el estudio anterior, como el Cobalto el Litio, el Indio, o el Vanadio, pero se añaden otros. Esto se debe a que, a diferencia del estudio del World Bank, la Comisión Europea (CE) incluye minerales necesarios para la transformación digital. Minerales como el Tungsteno y el Cobalto son de vital importancia al estar presentes en todos los smartphones, y no tener sustitutos posibles conocidos actualmente. Un efecto similar ocurre con el Indio y el Galio. El primero es muy escaso, pero lo usamos diariamente ya que forma parte de las pantallas planas y táctiles. Por su parte el Galio, combinado con otros elementos, se utiliza principalmente como semiconductor en microelectrónica y en las bombillas de bajo consumo (LED). Todos estos elementos han ganado importancia o por su escasa presencia en la corteza terrestre o por estar concentrados en una zona geográfica concreta o tener pocos o ningún sustitutivo o ser difíciles de extraer (estos minerales suelen encontrase fundidos con otros elementos). Por lo tanto, el control de la oferta de estos elementos da origen a muchos conflictos sociales y económicos.

Además de los minerales ya mencionados, hay un grupo de elementos químicos, que están adquiriendo una importancia muy relevante tanto para la a transformación digital como para la transición energética. La UE también los tiene registrados como críticos, de hecho, los catalogó de riesgo muy alto en su último informe. Se las denomina comúnmente “tierras raras”, aunque no son tan escasas en la corteza terrestre. Estos 17 elementos son el Escandio, el Itrio y 15 elementos del grupo de los lantánidos (Lantano, Cerio, Praseodimio, Neodimio, Prometeo, Samario, Europio, Gadolinio, Terbio, Disprosio, Holmio,           Erbio, Tulio, Iterbio y Lutecio). Se incluyen los dos primeros elementos ya que suelen encontrarse mezclados con los lantánidos (Ilustre Colegio Oficial de Geólogos de España, 2019). Como se puede ver en la Ilustración 2, las tierras raras tienen múltiples aplicaciones en elementos usados diariamente como las ICT (Tecnologías de la Información y la Comunicación). Sobre todo, son indispensables para las energías renovables, en especial para turbinas eólicas y la movilidad eléctrica a través de los motores de tracción.

Otros minerales que se posicionan como muy críticos para la UE son el Magnesio, Niobio, Germanio, Boro y el Escandio seguido de cerca del Cobalto. Si se compara el análisis hecho por la CE y el estudio “Las cadenas de aprovisionamiento de minerales críticos: Cuestiones para una transición energética sostenible» (Shareholders for change, 2019)  se obtiene una lista muy similar de minerales claves para las energías renovables y la digitalización[3]. Este mismo estudio, refuerza el informe de la UE y añade algunos minerales más a la lista, ya que puede que no sean críticos para la UE, pero, aun así, tengan un papel clave en la transformación digital y energética globalmente.  

Todos estos minerales esenciales y críticos, se caracterizan por no encontrarse concentrados en gran cantidad en la corteza terrestre, por este motivo no es viable su extracción aislada sino que se extraen junto con otros minerales. Consecuentemente, su producción tiende a ser escasa y, en varios casos, dependiente de un mineral mayoritario. Hay dos tipos de extracción de estos elementos:

  • Como sub-producto: la extracción del mineral es paralela a la de otro mineral cuya rentabilidad es independiente del primero. El mineral es considerado como un “residuo” de la producción del bien primario que aporta una plusvalía al proyecto, pero sin el cual, la actividad minera continuaría. Se incluyen en esta categoría el Indio (proveniente del zinc), el Telurio (del cobre) y el Galio (del aluminio).

Al ser la obtención de estos minerales secundaria para el proyecto, la producción dependerá directamente de la demanda del bien primario. Este hecho incrementa enormemente la volatilidad de los minerales obtenidos como sub-producto.

  • Como co-producto: la producción del mineral es necesaria para asegurar la viabilidad económica de la actividad minera, por lo tanto el mineral en cuestión se integra al modelo económico del yacimiento. Este es el caso de dos de los minerales actualmente más codiciados, el cobalto (que se extrae con el cobre o el níquel) y el litio (co-producto del cloruro de potasio). 

Aún su complejidad a la hora de obtenerlos, estos minerales tienen un papel relevante actualmente por su gran potencial para formar aleaciones con otros minerales y crear materiales llamados “compuestos”. Estos compuestos presentan propiedades más reforzadas que, además de permitir la elaboración de nuevas tecnologías, permiten la mejora de las actuales. Sus aplicaciones a lo largo de la cadena de subministro son las siguientes:

  • Mejora de las tecnologías existentes dentro de la producción de energías fósiles:
    • Hacia atrás (upstream): mejora de las propiedades físicas y mecánicas de la perforación gracias al tungsteno y el berilio, de la catálisis con el cobalto, del refinado con el germanio, de la desulfuración y el craqueo con lantano, cerio, disprosio, neodimio y molibdeno y la destilación gracias al tántalo. Además, estos minerales permiten mejorar la eficiencia energética de las centrales eléctricas de gas y carbón.
    • Hacia delante (downstream): el almacenamiento, transporte y distribución de energías fósiles se optimiza con el uso de neodimio, molibdeno y vanadio. Además, las redes eléctricas inteligentes necesitan berilio para la transmisión de información a través de micro-ondas y germanio para el correcto funcionamiento de la fibra óptica.
  • Desarrollo de nuevas tecnologías para la producción de energías renovables, transporte sostenible o mejora de la eficacia energética.
    • Hacia atrás (upstream): ciertos paneles solares (tecnología CDTe) usan indio y galio. Por su parte, la energía eólica usa neodimio para las turbinas eólicas marinas, principalmente por sus altas capacidades de imante.
    • Hacia delante (downstream): la energía final es una gran consumidora de estos metales críticos. El ejemplo más conocido son las baterías de litio-ion de los vehículos eléctricos (utilizan de 4 a 12 kg de litio por vehículo además de cobalto). Se está desarrollando una batería alternativa llamada NiMH (Metal hibrido de Níquel), pero esta también usa gran cantidad de minerales críticos (Platino, Rodio, Paladio). 

Otro ejemplo son las bombillas LED, que usan galio y arsénico, que no tienen sustitutos conocidos.

Podemos observar que, a lo largo de la cadena de producción de energía se usa una gran variedad de minerales críticos, que, en todas las etapas mejoran la eficiencia energética, pero  debemos tener en cuenta que el sector minero es dependiente del sector energético. La relación es mutua, generado una alta interdependencia entre los dos sectores. De hecho, el 10% de la producción de energía primaria mundial se destina a la extracción de minerales. Por su parte, la producción de minerales, es absorbida entre un 5% y un 10% por el sector energético. Este dato va a tender al alza en un futuro próximo (se estima un incremento del 40%) ya que el sector energético renovable está en pleno apogeo. (Shareholders for change, 2019).

Impacto medioambiental

Como hemos visto, un futuro bajo en carbono, dependerá intensivamente de los minerales. El problema está, en que extraerlos es, actualmente, un proceso altamente contaminante. Se debe conseguir hacerlo más eficiente y sostenible para que podamos llamar a las energías renovables, verdaderamente renovables.

Primero de todo, hay que tener en cuenta que hay diferentes tipos de minería, a cielo abierto,  subterránea e in situ (extracción en el mismo yacimiento usando productos químicos). Al ser procesos diferentes, no todos tienen el mismo impacto sobre el medioambiente, y de hecho, las emisiones de CO2 no son la principal consecuencia negativa. Si bien se estima que la extracción primaria de minerales y metales genera el 10% de las emisiones globales equivalentes de CO2 (Ali, 2020), estos métodos generan otros impactos muy perjudiciales sobre el medio ambiente, los principales son:  

  • Contaminación del aire: Al abrir una mina a cielo abierto, se liberan partículas de materia. Al mismo tiempo, también se elimina la vegetación, por lo que el suelo se vuelve más vulnerable a la erosión natural y aquella causada por los humanos. El problema con las partículas liberadas (normalmente arsénico, cadmio y plomo, aunque dependen del tipo de yacimiento), es que causan problemas respiratorios y pueden afectar gravemente la salud humana.
  • Contaminación del suelo: el impacto principal son los cambios físicos del paisaje (pilas de roca y fosas abiertas) que contribuyen a la reducción de la flora y la fauna salvajes de la zona impactando seriamente en la biodiversidad. El impacto de la minería puede ser tal, que una vez finalizada la actividad, no pueda recuperarse el paisaje original. Encima, las minas abandonadas pueden causar hundimientos y desprendimientos de rocas que a su vez pueden causar importantes daños materiales e humanos.
  • Contaminación del agua: la extracción minera genera un incremento de los sedimentos en los arroyos debido a una mayor exposición del suelo a la erosión. También, el mismo funcionamiento de las minas, al ser procesos que requieren una intensidad de agua importante, provocan la contaminación de ésta debido a un exceso de metales y al uso de diferentes elementos químicos. La contaminación de las aguas puede tener impactos negativos para los cultivos de riego y para la cantidad de agua potable disponible.

Como se ha comentado con anterioridad, la mayoría de estos minerales suele obtenerse en dependencia de otro mineral principal, es decir, se considera un co-producto o sub-producto de éste. Al ser un proceso muy contaminante y, en muchos casos, tecnológicamente complejo, en países con estándares medioambientales elevados, suele ser complicado explotar legalmente estos recursos. Consecuentemente, la mayoría de empresas occidentales invierten en países con menos restricciones o con ciertas facilidades regulatorias para su desarrollo. La urgente necesidad de inversiones provoca, muchas veces, que los gobiernos estén tentados a ofrecer mayores permisividades a los inversores en minería que a otras actividades productivas. Por lo tanto, no es de extrañar que la mayoría de las minas se encuentren en países en vías de desarrollo, siendo China el país líder en extracción y refinamiento de minerales. De hecho, Guillaume Pitron, escribió lo siguiente referente a la extracción de tierras raras: “Ninguna norma medioambiental ha sido respectada por los chinos, el objetivo de los cuales era satisfacer la demanda internacional de tierras raras al coste más bajo posible. Esta carrera ha generado desastres medioambientales colosales a nivel de la extracción y del refinamiento de estos. Entre los daños más graves en este país, hay los “lagos” de desechos tóxicos alrededor de Baotou. También hay varios “pueblos del cáncer” donde los habitantes mueren poco a poco a causa de la gran concentración en el suelo de minerales pesantes” (Pitron, 2018).

En este contexto negativo, hay un rayo de luz que puede revolucionar el sector minero. Aparte de las mejoras en eficiencia y uso de energías renovables en los procesos de extracción, la recuperación, tratamiento y reciclaje de los minerales va a ser el eje conductor de la reducción de emisiones de este sector industrial. Se estima, que la economía circular aplicada a la minera puede reducir el consumo energético del sector entre un 65% y un 95%. Aun si la tecnología para reciclar minerales está todavía subdesarrollada, empiezan a surgir iniciativas interesantes en esta dirección (Shareholders for change, 2019). En el apartado 5 de analiza con más detalle el potencial de la economía circular en este sector.

Por: Cristina Costa Salvareda,


[1] Minerales esenciales para la transición energética: Aluminio, Cromo, Cobalto, Cobre, Grafito, Indio, Hierro, Plomo, Litio, Manganeso, Molibdeno, Neodimio, Nickel, Plata, Titanio, Vanadio y Zinc

[2] Antimonio, Bauxita, Barita, Berilio, Bismuto, Borato, Carbón de coque, Caucho Natural, Cobalto, Escandio, Estroncio, Espato flúor, Fosforita, Fósforo, Galio, Germanio, Grafito Natural, Hafnio, Tierras raras pesadas, Indio, Litio, Tierras raras ligeras, Magnesio, Niobio, Metales del grupo del platino, Silicio, Tantalio, Titanio, Tungsteno, Vanadio

[3]Antimonio, Berilio, Bismuto, Cadmio, Cromo, Cobalto, Galio, Germanio, Indio, Litio, Magnesio, Mercurio, Molibdeno, Niobio, Osmio, Oro,  Paladio, Platino, Renio, Rodio, Rutenio, Silicio, Tántalo, Telurio, Titanio, Uranio, Vanadio, Tungsteno. (En negrita los elementos que se añaden comparado con la lista de la UE)