La crisis de los materiales que colapsará la civilización moderna si no lo remediamos

La escasez de materiales vitales para la electrificación del planeta y la industria electrónica hará tambalearse a la civilización. Este artículo recoge en detalle la ciencia y los datos que explica cómo y porqué pasará

El documental Viaje a ninguna parte — el tercer episodio de la miniserie Control Z, que podéis ver bajo estas líneas o en YouTube — cuenta cómo la actual fiebre de materiales causada por la electrificación desorganizada del transporte y la explosión de la energía renovable conducirá a la peor crisis económica del siglo XXI alrededor del año 2050.

El documental está fundamentado en la opinión de científicos, ingenieros y economistas expertos en estas industrias, así como en estudios y artículos científicos. Este artículo os ofrece un resumen de estos fundamentos.

La electrificación del planeta es necesaria para luchar contra el cambio climático y mejorar nuestra calidad de vida. También es necesaria como fuente de riqueza. Las industrias que están apareciendo son cada vez más grandes. Mientras que las antiguas industrias van a la baja, las nuevas están experimentando un crecimiento imparable. Según los últimos estudios del World Resources Institute, por ejemplo, estas nuevas industrias van a añadir 4,5 millones de puestos de trabajo al año durante diez años sólo en los Estados Unidos.

La tarta de esta necesaria electrificación de la civilización, de hecho, es demasiado grande y golosa para que las empresas y gobiernos se resistan. Tan grande es el potencial de este nuevo mundo que — aunque parezca contraintuitivo y como ha sucedido en otras ocasiones en la historia, como la industrialización gracias a la máquina de vapor y los combustibles fósiles — nadie parece estar mirando al gran problema que esta rápida expansión va a traer si no tomamos varias medidas. Si no las tomamos, en vez de una explosión de riqueza y bienestar tendremos una crisis planetaria sin precedentes en la historia.

El gran problema de la electrificación tiene su origen claro en dos factores.

Escasez de elementos

El primero es la escasez de elementos cruciales para la electrificación tal y como se está planteando en estos momentos. Materias como el litio, el cobalto o el neodimio, entre muchas otras.

Como nos cuenta el Dr. Solomon Asfaw — experto en baterías, profesor de economía solar e investigador de la universidad de LUT en Finlandia — esto es extremadamente preocupante. Según Asfaw, no podemos seguir pensando en mantener la progresión actual en la fabricación de vehículos eléctricos. Es imposible, dice, que esto se pueda realizar con las reservas de litio, cobalto y otros elementos necesarios para las baterías de ión de litio que mueven no sólo estos coches, sino también toda nuestra electrónica sin excepción.

 

 

Asfaw dice que, según el estudio que publicó con sus colegas de la LUT en el prestigioso diario científico revisado por pares Nature , “hasta 2050 no vemos muchos problemas mientras se desarrolle el reciclaje. Pero si no hay reciclaje, entonces podría haber incluso una breve caída antes de 2050”. La fecha límite, afirma, sería entonces el 2040.

La producción global de litio ascendió a casi medio millón de toneladas en 2021. Hoy, el mundo cuenta con unas reservas estimadas de unos 73 millones de toneladas, pero no todo este material es de fácil extracción. En 2022 se estima un déficit de 5.000 toneladas. Según Bloomberg, “los expertos sugieren que necesitaremos 20 veces el nivel de producción actual en los próximos 10 años”. Los números son terroríficos e imposibles de satisfacer.

Mina de cobalto.

Los números nos son muy diferentes para otras materias claves utilizadas en esas mismas baterías de litio, como el cobalto. Pero además, el problema se extiende a las renovables, que necesitan tierras raras, que no sólo es el término científico que se aplica a elementos como el neodimio o el prometio, sino que también se puede aplicar como calificativo para determinar su escasez. Estos elementos son vitales para la producción de imanes, por ejemplo, y su uso se extiende desde turbinas hasta tu teléfono móvil. Según el World Economic Forum, el neodimio y otras tierras raras son considerados elementos en peligro de extinción.

Si no encontramos alternativas tecnológicas y, aún más importante, las ponemos en producción en menos de una década, el desastre económico y la desestabilización geopolítica mundial será inevitable, como veremos más adelante.

Tierras raras necesarias para la electrificación y las renovables.

Falta total de estrategia

El segundo factor que nos conduce a esta debacle es el proceso mismo de electrificación, que se está realizando de manera muy desordenada, sin ninguna estrategia clara, y sin una diversificación del riesgo, apostado todo a tecnologías como las baterías de litio y sin realizar ninguna previsión de materiales para las renovables. Y encima, todo con fechas límite absurdamente poco realistas, como la eliminación de la venta de coches de combustión interna para 2035, algo que ha sido criticado por muchos en la industria.

La responsabilidad aquí es doble. La primera cae sobre los políticos occidentales, que viven de las consignas de moda y las guerras culturales para mantenerse en el poder en ciclos de cuatro años. La segunda está en la propia industria, que prefiere exprimir la tecnología existente — las baterías e imanes que ya conocemos — en vez de invertir en desarrollos radicales, que cuestan mucho dinero y reducen su margen de beneficio. Hay que sacar el máximo beneficio a la infraestructura industrial, sí, pero cuando el precio es una futura crisis económica de proporciones planetarias, hace falta algo más que arrancarle los huevos a la gallina de oro a dentelladas hasta, al final, matarla.

Musk quiere ordeñar la vaca del litio porque es lo que domina. No le interesa otro tipo de batería.

Tanto unos como otros están cargando una bomba de neutrones que estallará aproximadamente en 2050, cuando el litio se acabe definitivamente. Eso siendo optimistas, y con un reciclaje que todavía no existe, como afirma Asfaw. “El reciclaje acaba de empezar. Se requiere mucho esfuerzo para que sea efectivo. Hay empresas que están tratando de hacer eso, hay industrias de baterías que están vinculando el reciclaje a las instalaciones de fabricación de baterías”, asegura. “Hay otros que están empezando a reciclar baterías de litio. Pero el nivel de reciclaje que necesitamos alcanzar debe ser eficiente. La eficiencia debería estar en el nivel del 95% y cerca del 100% para evitar el ‘gran impacto’,” nos cuenta Asfaw. Esto, según él, significa que necesitamos un esfuerzo realmente enfocado y concertado para lograr el reciclaje eficiente de baterías que necesitamos lograr para evitar el impacto de la alta demanda de litio.

El gran problema con las baterías de ión de litio

A pesar de ser omnipresentes, las baterías de iones de litio que alimentan los vehículos eléctricos (VE) y la electrónica tienen múltiples problemas. En primer lugar, incluso las mejores ofrecen un rendimiento muy pobre en comparación con otras fuentes de energía como los combustibles fósiles.

Un estudio científico realizado en 2016 por el Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EEUU predijo que estamos a tres décadas de que las baterías igualen la densidad de potencia de los combustibles fósiles, una unidad expresada en vatios-hora por kilogramo. Cuanta más energía se pueda producir por unidad de peso, mayor será la densidad de potencia y, por tanto, más eficiente será empujar el coche o el avión. Según los cálculos del laboratorio Argonne, las baterías podrían alcanzar la densidad de potencia de los combustibles fósiles en 2045.

Una de las alternativas a las baterías es el coche con motor de explosión de hidrógeno. (Toyota)

Eso ya es bastante malo, pero es sólo una parte del problema. Otro es la glacial velocidad de carga de las baterías. El mejor coche de Elon Musk, el Tesla Model S Plaid, tarda una hora en cargarse de 0 a 100%, mientras que un coche de gasolina comparable puede repostar en tres minutos.

Además, una batería de iones de litio requiere un gran paquete para su refrigeración, lo que aumenta aún más su peso. También es propensa a incendiarse o a explotar en caso de impacto, un hecho que, por si fuera poco, hace que sea extremadamente difícil de reciclar (una de las razones a las que apuntaba Asfaw). Esto ocurre por sus ingredientes, que son tóxicos, inflamables y perjudiciales para la naturaleza y los seres humanos.

La combinación de todos estos factores hace que las baterías de litio actuales no sean muy buenas para los coches, la electrónica e incluso la sociedad en general. Y, desde luego, son completamente inaceptables para aplicaciones más exigentes como los vuelos comerciales. Sin tener en cuenta la seguridad ni la velocidad de carga, un trabajo de investigación de 2021 realizado por un equipo del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad Carnegie Mellon afirma que cualquier avión regional pequeño necesitará al menos una densidad de potencia de 480 vatios-hora por kilogramo. Lo mejor que puede ofrecer ahora una batería de iones de litio es unos 260 Wh/kg.

Las nuevas baterías

Obviamente, necesitamos nuevas tecnologías. La NASA, varias empresas y otras instituciones saben que el ión de litio es un gran problema. Nuestra civilización debe desterrar los combustibles fósiles y a la vez satisfacer nuestra necesidad de un transporte barato y fácil por tierra, mar y aire, pero eso es una tarea ahora mismo imposible porque no tenemos la tecnología necesaria.

Los investigadores de la NASA John Connell y Yi Lin comprobando el nivel de rendimiento del cátodo de la batería SABERS. (NASA)

La organización espacial norteamericana está trabajando en una solución prometedora, llamada SABERS, la batería que inspiró en parte la idea del programa Zeus de la que hablamos en el documental.

SABERS es una batería sólida de litio que — gracias al grafeno y una nueva química que elimina todos los elementos escasos menos el litio — tiene el potencial de comprarnos algo de tiempo en esta carrera, aumentando la densidad energética de las baterías por tres. Este factor disminuiría la necesidad de litio en la misma proporción. A la vez, su arquitectura incrementa la seguridad y la escalabilidad de tal manera que podría usarse para aviones comerciales eléctricos.

Desarrollada en el Centro de Investigación Glenn de la NASA en Cleveland (Ohio) por un equipo de ingenieros dirigido por el Dr. Rocco Viggiano, SABERS será potente, ligera, de carga rápida, escalable a cualquier aplicación y extremadamente segura gracias a la eliminación de todos los materiales tóxicos y peligrosos que hacen que las baterías actuales sean demasiado ineficientes y arriesgadas para ponerlas en un avión que transporta a cien almas.

La batería SABERS será suficiente para vuelos en aviones de unos 100 pasajeros, pero no para grandes aviones de larga distancia. Para eso necesitamos una revolución.

Viggiano me cuenta que la batería está organizada en celdas empaquetadas que pueden apilarse. Imagina una torre de sándwiches. Cada celda consta de tres capas. El ánodo es metal de litio (que es sólido, a diferencia del ion de litio, que es más bien un gel). El cátodo es una combinación de azufre y selenio, cuyas partículas están dispuestas en una malla de grafeno inventada y patentada por la NASA. Entre ambos se encuentra el electrolito, que, de nuevo, es completamente sólido y está libre de los componentes inflamables de las baterías de iones de litio actuales.

No ha revelado qué electrolito utiliza la batería (es información confidencial en este momento), pero dice que el material que eligieron es accesible, tanto en precio como en recursos. El resultado es una batería asequible y escalable, me dice. No es inflamable ni explosiva. Es tan segura, de hecho, que las pruebas demuestran que puede seguir funcionando incluso si se daña gravemente con un impacto, un factor crítico para su uso en la aviación, pero también en coches y camiones.

Uno de los grandes problemas de las baterías de ión de litio es su capacidad para explotar e incendiarse por impacto y otros motivos.

La temperatura de funcionamiento, según descubrieron, no supera los 302F con el máximo consumo de energía. Los investigadores las probaron bajo "diferentes presiones y temperaturas, y han descubierto que puede funcionar a temperaturas casi dos veces superiores a las de las baterías de iones de litio, sin tanta tecnología de refrigeración". El resultado es un envase más pequeño que no requiere capas de refrigeración, lo que las hace mucho más compactas, escalables y ligeras que las baterías líquidas.

Los resultados de sus primeras pruebas de SABERS fueron tan impresionantes que sorprendieron y deleitaron a Viggiano y su equipo, así como a otros profesionales del sector. Lo más impactante fue la densidad de potencia: SABERS proporciona 500 vatios-hora por kilo, lo que duplica los 260 wh/kg de los mejores coches y supera el objetivo de Carnegie Mellon de 480 wh/kg necesarios para los vuelos regionales. "Supera con creces las capacidades de las baterías de iones de litio que se consideran el estado del arte", dice Viggiano.

El problema geopolítico

Una batería así sería fundamental para añadir varias décadas a las reservas de litio y eliminar de un plumazo la dependencia de otros materiales escasos. De hecho, según me cuenta el Dr. Yi Lin, ingeniero de investigación de materiales del NASA Langley Research Center — que no está asociado al proyecto de Viggiano — ”los resultados hasta ahora del equipo SABERS han sido muy alentadores. Nos ha dado confianza en que puede ser factible y potencialmente cambiar las reglas del juego. Sin embargo, todavía queda un largo camino por recorrer en términos de ampliación y cumplimiento de otros aspectos de los requisitos.”

Sin embargo, aunque Viggiano y su equipo tengan éxito en resolver esos últimos flecos — que está por ver — y otros equipos lograran algo parecido, SABERS no sería suficiente para evitar el otro gran problema de los materiales.

China lleva décadas preparando este momento con una estrategia neocolonialista que les ha funcionado a la perfección.

Un gran problema que se llama China. La dictadura comunista controla totalmente las industrias claves para el vehículo eléctrico y las renovables.

Ahora mismo, existe una absoluta dependencia mundial del virtual monopolio chino en todas esas materias primas, que no solo produce el 80% de las baterías a nivel global, sino que además controla los mayores yacimientos de todos estos elementos en países subdesarrollados, gracias a una agresiva política neocolonialista que ha comprado toda la producción minera futura a cambio de préstamos para construir infraestructuras a corto plazo.

Con el salto a las renovables, tal y como se está planteando por las potencias occidentales, estamos saltando de depender de la OPEP del petróleo actual a la OPEP de las renovables, que está liderada por China.

A la OPEP del petróleo se le añadirá una OPEP de las renovables liderada por China.

Si nuestra estrategia de civilización sin CO2 fracasa, si los políticos insisten en impulsar exclusivamente el sueño húmedo de Elon Musk de un mundo basado en las baterías sin tener en cuenta los hechos anteriores, si no dejamos de depender del monopolio virtual de China sobre el litio y las tierras raras, podemos enfrentarnos a un colapso de estas industrias y de la economía en unas pocas décadas. Eso es lo que me contó el Profesor Andrew Barron, catedrático de energía baja en carbono y medio ambiente de la Universidad de Swansea y titular de la cátedra de química de la Fundación Charles W. Duncan Jr. de la Universidad de Rice. Barron es también ingeniero e inventor, que recibió el World Materials Award por su método para abaratar la producción en masa de los paneles solares.

Según Barron, “China ya ha ganado la guerra de los materiales”. Ha monopolizado esencialmente la producción de vehículos eléctricos, así como la producción de baterías y todos los materiales necesarios para la electrónica y las energías renovables.

Las protestas en China arrecian pero han sido aplastadas, una vez más, por el régimen de Xi Jinping.

La pregunta que hay que hacerse es: ¿realmente queremos depender de China, un régimen dictatorial que no respeta los derechos humanos? ¿Podemos depender en algo tan clave de un estado que ha declarado abiertamente su intención de anexarse Taiwán contra su voluntad? ¿Es factible la idea de poner nuestra red eléctrica y el futuro de Europa en manos de un partido comunista brutal con sus propios ciudadanos, hacedor de genocidios de otras razas, y que ha comprado países enteros a cambios de baratijas?

Sólo hay que mirar lo que ha pasado en Ucrania para obtener la respuesta. Es otro suicidio económico, aún peor de hecho, como el que ha conducido a Alemania y la Unión Europea a deshacer sus políticas medioambientales.

Como dice Barron, “la pregunta es, ¿qué está la gente dispuesta a pagar? Creo que eso es algo que estamos viendo especialmente en la guerra de Ucrania. La Unión Europea, ciertos países, están arrancando de nuevo las centrales eléctricas de carbón porque el coste de la electricidad es tan alto que hay que olvidarse del cambio climático. Ahora sólo necesitamos electricidad barata”.

La compleja solución

Barron, Asfaw, Viggiano y varios think tank y equipos científicos creen que hay que trabajar a múltiples niveles, desde la búsqueda de nuevas fuentes de elementos hasta el cambio de los propios elementos de las baterías, dispositivos completamente nuevos — como el uso de supercondensadores en vez de baterías, células de hidrógeno, motores de explosión de hidrógenos y baterías 100% libres de litio — y una nueva política de transporte. También pasa por el trabajo diplomático para asegurar nuevos depósitos y aumentar nuestras reservas antes de que sea demasiado tarde.

Es un reto brutal, gigantesco. Tanto que es imposible que una institución o empresa lo puedan hacer por sí mismas. Es un problema global en el que la humanidad tendrá que trabajar mucho más.

Según el Prof. Barron, otra de las claves es la conversión de vehículos de combustión a eléctricos para evitar la huella de CO2 de un vehículo nuevo y el gasto de petróleo y cobre que supone.

Lo que nos lleva de nuevo a la NASA. Barron afirma que, los retos son tan titánicos que la única manera de salir de este embrollo es un nuevo programa Apolo: "Uno de mis discursos favoritos fue el de John F. Kennedy, que se plantó en el estadio de fútbol de la Universidad de Rice y anunció que, al final de la década, Estados Unidos pondría un hombre en la luna. Todas las empresas aeroespaciales de la época decían: '¿Cómo vamos a hacerlo? No tenían ni idea. Pero durante ese periodo de siete años, llegaron a poner un hombre en la luna". Eso provocó la mayor revolución tecnológica de la historia y una oleada de ingenieros y científicos sin precedentes.

Esto último es también crucial, dice Barron: “El sistema educativo es cada vez peor y está destrozando a las nuevas generaciones”. El nivel de exigencia está en mínimos y hay un gran porcentaje de la población que, sencillamente, no debería ir a la universidad por falta de conocimiento y falta de esfuerzo. Barron aboga por subir el nivel y también subir el nivel de la enseñanza técnica para poder ponernos a nivel de China, un país que está batiendo récords de doctorados, técnicos altamente cualificados y patentes igual que EEUU hizo en los 60 y 70 impulsado por el programa espacial. En lugar de dar un diploma a gente que no es capaz de deletrear su nombre, hay que exigir más y “desafiarlos intelectualmente para que se conviertan en los próximos líderes tecnológicos”.

El programa Apolo fue inicialmente considerado imposible pero dijo lugar a una explosión tecnológica y económica de la que EEUU sigue viviendo hoy en día.

La ola del programa Apolo es una que Estados Unidos sigue surfeando hoy en día, un boom económico que todavía dura y la fuente de una ventaja tecnológica que todavía mantienen. A duras penas, pero la mantienen. Barron cree que necesitamos lo mismo ahora, para que SABERS y otras tecnologías muchísimo mejores no tarden dos décadas en llegar, sino sólo unos pocos años. Antes de que sea demasiado tarde para resolver el problema de la electrificación y así poder resolver el problema del cambio climático, quizás el mayor reto al que nos hemos enfrentado como especie.

Según él, hay que actuar ya, antes de que sea demasiado tarde. 2050 está a la vuelta de la esquina.

 

 

El tercer capítulo de Control Z — Viaje a ninguna parte resume estos datos y los presenta en una línea de tiempo imaginaria pero realista. Su primera parte es el futuro que nos espera si no hacemos nada para solucionarlo. La segunda, la solución que los expertos estiman es la necesaria para evitar el desastre. Os invitamos a que lo veáis y lo compartáis. Es un futuro distópico que podemos deshacer antes de que ocurra.

Por
Jesús Díaz
03/12/2022 - 06:57 Actualizado: 03/12/2022 - 15:19
La crisis de los materiales que colapsará la civilización moderna si no lo remediamos (elconfidencial.com)
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