Minería: ¿pueden las nuevas tecnologías hacer que sea más limpia?

En marzo, el presidente de los Estados Unidos, Joe Biden, ordenó el destino de más recursos federales a la extracción de metales y minerales esenciales para las baterías de los vehículos eléctricos, incluidos el níquel, cobalto, grafito y litio.

La directiva presidencial destacó una de las realidades más controvertidas en el centro de la transición hacia la energía verde: para cambiar de fuentes de energía contaminantes provenientes de combustibles fósiles a energías renovables y vehículos eléctricos libres de carbono, se necesita más minería, una actividad que ha sido, históricamente, muy contaminante.

La minería implica extraer el mineral del suelo, transportarlo a las plantas de procesamiento, triturarlo, separarlo, refinarlo y luego eliminar los desechos. La tierra se despoja para dar paso a las minas y la infraestructura circundante que, a menudo, utiliza cantidades considerables de energía y agua, produce contaminación del aire y genera desechos peligrosos.

Pero un conjunto de tecnologías emergentes, desde la inteligencia artificial hasta la captura de carbono, podría hacer que la extracción de los llamados minerales y metales críticos necesarios para esta transición energética sea más sostenible de lo que es hoy.

Dado que se espera que la demanda de estos materiales aumente a medida que el mundo se aleja de los combustibles fósiles y adopta la energía solar y la eólica, así como el uso de vehículos eléctricos, existe un interés creciente tanto del gobierno de los Estados Unidos como del sector privado por hacer disponible, rápidamente, nuevas tecnologías en el mercado.

En un reciente informe sobre cómo reforzar las cadenas de suministro en los EE. UU. para la transición a la energía limpia, el Departamento de Energía de ese país (DOE, por sus siglas en inglés) enfatizó sobre la importancia del apoyo federal para métodos de extracción “ambientalmente sostenibles y de próxima generación” para minerales críticos.

Douglas Hollett, asesor especial de minerales y materiales críticos del DOE, dice que esto refleja la opinión de la agencia de que la extracción de minerales críticos no puede ser simplemente una cuestión de encontrar los recursos que necesitamos y desenterrarlos.

“Es así: vamos a encontrarlos, seamos más efectivos y consigamos los impactos más bajos en toda la cadena de valor, mientras observamos todo, desde la fase de exploración hasta la extracción, el procesamiento y la disposición final”, cuando los productos en los que se utilizan los materiales extraídos ya no funcionan, dice Hollett.

Minería de datos para la sostenibilidad

Mucho antes de que se construya una mina, se envían geólogos al campo para perforar pozos en el suelo y buscar depósitos de minerales valiosos. La exploración es la etapa de la minería menos dañina para el medio ambiente, pero todavía puede mejorarse. Un número pequeño, pero creciente, de nuevas empresas de exploración minera creen que pueden hacerlo mediante la minería de datos.

Esas startups incluyen a KoBold Metals, que utiliza herramientas sofisticadas de la ciencia de datos y la inteligencia artificial (IA) para buscar depósitos de metales para baterías en grandes cantidades de documentos públicos e históricos, así como la información que la empresa recopila durante los programas guiados por IA.

Con el respaldo de Breakthrough Energy Ventures, de Bill Gates, KoBold tiene como objetivo multiplicar por 20 las tasas de descubrimiento en comparación con los esfuerzos tradicionales de exploración de campo, reduciendo la cantidad de terreno que se utiliza para encontrar nuevos cuerpos minerales.

Holly Bridgwater, geóloga de exploración de la empresa australiana de innovación en geociencias Unearthed, cree que el objetivo de KoBold es “alcanzable” dada la baja tasa de aciertos del sector: hoy en día, los geólogos estiman que menos de uno de cada 100 sitios que se inspeccionan para la minería se convierte en un mina.

KoBold está llevando adelante un trabajo de campo este verano (boreal) en varios sitios en Canadá y Zambia, donde ha encontrado evidencia de depósitos de níquel y cobalto, pero el director de tecnología, Josh Goldman, dice que la compañía está a “dos años o más” de definir si vale la pena minar alguno de ellos.

"Si la IA permite descubrir minerales bien escondidos, particularmente los de alta calidad, podrían reducirse los impactos posteriores de la minería", afirma Goldman.

“Si encuentras recursos de baja calidad, tienes que extraer una gran cantidad de material adicional para obtener el metal”, comenta Goldman, y continúa: “Eso significa que tienes una gran cantidad de desechos adicionales. Encontrar los recursos realmente de alta calidad es fundamental”.

La energía renovable como alternativa

El descubrimiento de minerales de mayor calidad podría reducir el impacto de la minería, pero cualquier proceso tradicional aún tendrá efectos ambientales significativos, particularmente en el clima. Acarrear, triturar y procesar rocas consume mucha energía: el sector minero representa el 6% de la demanda mundial de energía y el 22% de las emisiones industriales globales.

Mientras muchas empresas mineras han comenzado a comprar electricidad renovable y algunas están experimentando con medios de transporte alternativos, como camiones propulsados ​​por hidrógeno, el sector aún depende en gran medida de los combustibles fósiles para alimentar su maquinaria pesada y sus instalaciones, que consumen mucha energía.

Sin embargo, para al menos un mineral crítico como el litio, puede haber un camino más limpio a seguir. Utilizado como portador de energía en las baterías que alimentan todo, desde smartphones hasta vehículos eléctricos, la demanda mundial de litio podría aumentar más de 40 veces para 2040 si el mundo cambia rápidamente de los vehículos a gasolina a los vehículos eléctricos.

Durante décadas, los investigadores han explorado la posibilidad de extraer litio de las salmueras geotérmicas: Aguas calientes ricas en minerales que algunas plantas de energía geotérmica llevan a la superficie, desde las profundidades de la Tierra, para producir energía. 

La idea, dice Michael Whittaker, científico investigador del Centro de Investigación e Innovación de Recursos de Litio en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, del DOE, es impulsar todo el proceso de extracción de litio utilizando energía geotérmica libre de carbono. La extracción de litio de las salmueras geotérmicas también tiene el potencial de usar mucho menos agua que los enormes estanques de evaporación al aire libre que se utilizan para concentrar litio de las aguas más superficiales, ricas en minerales, que se esconden debajo de las salinas en Argentina y Chile.

Nuevos métodos de extracción de litio

Se deben superar grandes obstáculos antes de que sea posible obtener grandes cantidades de litio por el proceso geotérmico. Whittaker dice que el contenido de litio de las salmueras geotérmicas es "relativamente bajo" en comparación con sus contrapartes sudamericanas. 

En las salmueras geotérmicas, otros elementos como el sodio y el potasio tienden a estar presentes en concentraciones mucho más altas que el litio, lo que interfiere en su extracción. Actualmente, sostiene Whittaker, los operadores de plantas geotérmicas traen salmuera caliente a la superficie e inyectan la salmuera usada de vuelta bajo tierra mucho más rápido de lo que se puede extraer el litio, lo que significa que no pueden obtener tanto valor del proceso como podrían.

A pesar de los desafíos técnicos y los contratiempos comerciales, el DOE y los socios del sector privado ven prometedor el método geotérmico. Estimaciones aproximadas, basadas en mediciones de la química y el volumen de la salmuera, sugieren que una enorme cantidad de litio se esconde bajo un lago hipersalado en el sur de California, conocido como el Mar de Salton.

“No importa cómo lo mires, hay una gran cantidad de litio (debajo del Mar de Salton) que podría satisfacer la demanda estadounidense de baterías para vehículos eléctricos durante el resto de la década”, proyecta Whittaker. “Y probablemente muchas décadas después”.

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¿Cómo contribuyen los residuos de las minas a la transición energética?

Algunos investigadores y empresarios creen que los recursos necesarios para la transición energética se pueden encontrar en los residuos de minas antiguas y abandonadas.

Estos incluyen Nth Cycle, una startup que desarrolla tecnología para extraer metales de baterías como cobalto, níquel y manganeso de desechos mineros, minerales de baja calidad y tecnología en disposición final, incluidas las baterías de los vehículos eléctricos. 

La tecnología central que utiliza la startup, llamada "electro-extracción", no utiliza ninguno de los productos químicos agresivos ni los hornos de alta temperatura que se encuentran a menudo en las operaciones de minería y reciclaje, solo electricidad, que puede provenir de fuentes renovables.

Los metales se eliminan selectivamente de la roca triturada y licuada al hacer pasar los desechos de la mina por una serie de filtros electrificados a base de carbono, lo que la fundadora y directora ejecutiva Megan O'Connor compara con los filtros de agua gigantes de Brita.

O'Connor, quien optimizó el proceso de extracción de metales mientras completaba su doctorado y antes de fundar Nth Cycle, en 2017, asegura que los sistemas de filtración de 91.44 metros cuadrados de la compañía se pueden transportar a sitios mineros. Allí, según muestran los datos de la empresa, pueden exprimir hasta el 95% de los metales restantes del material considerado como desecho.

La empresa, que recaudó 12,5 millones de dólares en una ronda de financiación, en febrero de 2022, planea anunciar sus primeros clientes mineros a finales de este año.

Durante casi una década, el DOE ha investigado si los elementos de tierras raras, un grupo de elementos metálicos químicamente reactivos que se utilizan en turbinas eólicas marinas, motores de vehículos eléctricos y semiconductores, se pueden recolectar de los desechos de las minas de carbón, como las cenizas. En febrero, el departamento anunció planes para construir una instalación de extracción y separación de 140 millones de dólares para presentar la idea a escala comercial. 

Hollett calificó el proyecto como una oportunidad "emocionante" para ver si los cientos de sitios de desechos de carbón que necesitan urgentemente una limpieza, también pueden proporcionar algo de valor.

“Ya sea un estanque de cenizas heredado o una situación de drenaje de mina ácida obstinadamente persistente, va en la dirección de poder abordar los recursos de los materiales heredados existentes”, cuenta Hollett, y agrega: “Pero aquí también hay un tema de remediación”.

Descarbonización profunda

Una vez que los mineros han extraído el material valioso de las rocas, los desechos, a menudo tóxicos, llamados relaves, generalmente se entierran en el sitio. No obstante, si la operación minera se lleva a cabo en ciertos tipos de rocas, las llamadas rocas ultramáficas que tienen un alto contenido de magnesio y alta alcalinidad, esos relaves tienen el potencial de absorber carbono del aire.

"Lo que sucede en los relaves mineros ultramáficos en los que trabajamos es que consumen CO2 de la atmósfera y lo ponen en forma de mineral sólido", explica Greg Dipple, profesor de geología en la Universidad de Columbia Británica. "Son la forma más duradera y permanente de almacenamiento de carbono".

La investigación de Dipple ha demostrado que los relaves mineros ultramáficos pueden secuestrar decenas de miles de toneladas de CO2 al año por sí mismos. No obstante, asegura que el proceso puede multiplicarse por tres o cuatro con algunas intervenciones relativamente simples y de bajo costo, como batir los relaves para exponer la roca fresca al aire y agregar o quitar agua de estos desechos polvorientos. 

Junto con el uso de energía renovable y el hidrógeno o los vehículos eléctricos, Dipple cree que esta forma de captura de carbono tiene el potencial de hacer que ciertas minas sean negativas en carbono, lo que significa que extraen más CO2 del aire del que producen.

En 2021, Dipple y varios colegas fundaron Carbin Minerals, una startup destinada a comercializar su tecnología. Actualmente, la compañía, que se enfoca en asociarse con mineros de níquel que trabajan en rocas ultramáficas, está negociando acuerdos de asociación con múltiples minas. En abril, la startup fue nombrada una de los 15 ganadores de hitos en la competencia XPRIZE Carbon Removal, de Elon Musk. 

Todos los equipos ganadores tuvieron que demostrar un camino para que su tecnología extraiga miles de millones de toneladas de CO2 del aire. Dipple dice que el premio de 1 millón de dolares que recibió Carbin Minerals ayudará a acelerar la investigación en etapa inicial sobre el uso de su tecnología en una gama más amplia de rocas.

“Junto con el crecimiento anticipado en la cadena de suministro requerida para metales críticos y para baterías, ese es el camino para que esta técnica funcione potencialmente a una escala de miles de millones de toneladas al año”, agrega Dipple. 

¿Cómo lograr la sostenibilidad ambiental?

Si bien las nuevas tecnologías ofrecen la esperanza de que las minas del futuro puedan ser más sostenibles ambientalmente, todavía faltan muchos años para que se apliquen a gran escala comercial, si es que eso es posible. 

Incluso, los enfoques de minería más limpia son solo una pieza del rompecabezas: también debe optimizarse el reciclaje de metales de paneles solares, de baterías de vehículos eléctricos y de otras tecnologías para reducir la necesidad de minería futura. Finalmente, se requieren leyes y regulaciones más estrictas para garantizar que donde se expanda la minería para satisfacer la creciente demanda de metales, se haga con el consentimiento de las comunidades locales y de una manera que las beneficie. 

"Si bien los impactos de la minería nunca serán nulos, la industria puede hacerlo mejor, y tiene la responsabilidad de intentarlo", enfatiza Bridgwater.

“Fundamentalmente, la minería consiste en extraer materiales”, dice Bridgwater, y agrega: “Siempre se necesitará energía para hacerlo; siempre habrá algún tipo de huella. Nuestro objetivo debe ser hacerlo 'lo más sostenible posible'”.