La transición energética y las tecnologías renovables para limitar los efectos del cambio climático a nivel mundial están en entredicho, porque su dependencia de materias primas críticas puede provocar en el corto plazo desabastecimientos y alta volatilidad de sus precios y en el largo plazo una gran injusticia generacional por dejar a las generaciones futuras leyes mineras muy bajas y costosas de extraer. Lo mismo ocurre con la transición digital e incluso con la transición alimentaria, por su dependencia en estos minerales que al ser escasos estarán sometidos a tensiones políticas y económicas poderosas. Es fundamental conocer dónde se usan y qué alternativas tenemos para mantener un suministro constante que no dependa de forma exclusiva de la producción primaria. Es necesario plantear esta cuestión en España para realizar una auténtica transición ecológica basada en la recuperación funcional de estos materiales de los residuos generados. La basura tecnológica es una oportunidad para España, tanto en legislación, como en investigación, desarrollo empresarial, minería y cambio social. El Instituto CIRCE de la Universidad de Zaragoza lleva más de veinte años trabajando en este problema. En este artículo se explican algunos de los resultados alcanzados, corroborados recientemente por la Agencia Internacional de la Energía.

Las energías limpias, la movilidad sostenible, la alimentación y la sobrecogedora rapidez de la digitalización, están vinculadas a una demanda exponencial de materias primas escasas. Es necesario analizar los límites a su crecimiento y proponer soluciones. Llevamos más de veinte años trabajando y comunicando los riesgos de este preocupante tema, pero su visibilidad más pública se ha manifestado últimamente con el informe de la Agencia Internacional de la Energía, The Role of Critical Minerals in Clean Energy Transitions, al movilizarse la Unión Europea con el nuevo Pacto Verde y su programa Next Generation que promulga la transición ecológica integral de Europa.

Cada vez demandamos más elementos de la tabla periódica; hemos pasado de consumir en la prehistoria unos tres kilos de recursos naturales por habitante y día hasta los cuarenta y cuatro kilos que se consumen en nuestra sociedad industrializada. A esto hay que sumar que el avance tecnológico que ha tenido lugar con el paso de los siglos ha ido incrementando progresivamente el número de elementos que empleamos. De tan solo unos pocos en el siglo XVII (hierro, cobre, plomo…), hemos pasado a usar la práctica totalidad de los que figuran en la tabla periódica hoy en día.

Lógicamente, las nuevas tecnologías no son una excepción a este frenético aumento del ritmo de consumo. Cada vez confiamos más en multitud de aparatos eléctricos y electrónicos que parecen simplificarnos la vida. Las ventas de teléfonos móviles, por ejemplo, comenzaron a crecer rápidamente desde 2009, alcanzando cifras anuales aproximadamente constantes de 1,5 mil millones de teléfonos entre 2016 y 2020. Lo que resultó en ventas acumuladas entre 2007 y 2020 de casi catorce mil millones de teléfonos y casi duplicando la población mundial y algo más de ciento sesenta millones de tabletas electrónicas, solo en 2020 (Torrubia, Valero y Valero, 2021).

Todos estos dispositivos están compuestos por muchos elementos base como el acero, cobre o aluminio, pero también por otros metales menores que son escasos y cuya extracción, refinado y procesamiento requiere de ingentes cantidades de energía. Por otro lado, el aumento de las ventas y la renovación constante de estos aparatos lleva consigo un incremento de la cantidad de residuos generados.

Lamentablemente, en la gran mayoría de los casos, estos aparatos no se gestionan de forma adecuada cuando son desechados. Por ejemplo, un informe de las Naciones Unidas estimó en cincuenta millones de toneladas la generación de residuos compuestos de aparatos eléctricos y electrónicos, que incluyen no solamente teléfonos móviles u ordenadores, también televisiones, tostadoras, aspiradoras o grandes electrodomésticos como lavadoras o frigoríficos, entre otros, solo para el año 2019. Esta cantidad en peso es equivalente a casi cuatro mil quinientas torres Eiffel de residuos (World Economic Forum, 2019). De todas estas toneladas, apenas un 20 % fueron sometidas a reciclado a través de los sistemas de gestión correspondiente. Dado que el crecimiento esperado de la venta de estos aparatos es de un 3 % anual, para 2050 podríamos llegar a generar un total de ciento veinte millones de toneladas de residuos de este tipo (Nijman, 2019). Tan solo en Europa se reemplazan un total de diez millones de teléfonos móviles cada mes, sin contar tabletas, ordenadores y equipos vinculados al internet de las cosas.

Pero esto no es más que un simple ejemplo de la demanda mundial de metales raros en la próxima generación. En realidad, los vehículos eléctricos, las energías renovables con sus baterías de almacenamiento energético, incluido el hidrógeno, la aviación comercial, sin olvidar las necesidades de equipos de defensa de los países, y la demanda creciente de fertilizantes son los que constituirán el grueso de la extracción de minerales. Es evidente que algunos de los elementos que los componen puedan llegar a presentar un riesgo de suministro considerable en el futuro. Son lo que usualmente denominamos materiales críticos, veamos con más detalle por qué se llaman así y cuáles son.

Como se puede deducir de estas listas de materiales críticos, gran parte de estos elementos se emplean en tecnologías muy relevantes en la actualidad (indio, galio, germanio, litio, niobio, tántalo…). Por tanto, no es de extrañar que en casi todos los países que hacen estudios de este tipo nos encontremos los mismos elementos y que, de hecho, sean los mismos que nos encontramos también en todas las nuevas tecnologías.

Curiosamente, no es la escasez geológica la que domina la definición económico-geopolítica de material crítico, sin embargo, si un elemento es abundante, su minería y procesamiento están distribuidos por toda la corteza y no generarán problemas de suministro. Por el contrario, si un mineral es geológicamente escaso o se presenta con leyes de mina muy ralas, lo que provoca que su procesamiento sea costoso, tarde o temprano, generará problemas de suministro esencialmente vinculados a costes crecientes de energía, agua, residuos, problemas ambientales, sociales y económicos tales como corrupción, minería ilegal o riesgo de actuaciones monopolísticas. Y lo que es más grave, una injusticia generacional que dejará una escasez futura del acceso a minerales, un planeta pleno de residuos y altamente contaminado.

Nuevos materiales para la transición digital, el caso de los teléfonos móviles

Un teléfono móvil no es solamente un aparato común, sino que es el equipo tractor e integrador de casi todas las nuevas tecnologías electrónicas y de comunicaciones. Esto es debido a su miniaturización y a su demanda mundial que genera economías de escala con costes constantemente decrecientes. De hecho, las aplicaciones del internet de las cosas están vinculadas a la sensorización y a la electrónica derivada de los teléfonos móviles. A su vez es el ejemplo más evidente del modelo de usar y tirar de nuestra sociedad en la que se incita a los usuarios a cambiarlo por otro equipo nuevo, con mayores prestaciones, en muchos casos innecesarias. Además, la propia miniaturización y su proliferación -una persona, un móvil-, hacen inviable la recuperación, por logística inversa, de la mayor parte de sus componentes más críticos.

Un teléfono móvil se compone de varias partes: pantalla, batería, cámara y placa base en el que está el circuito impreso que controla todas sus funciones, internacionalmente se denomina PCB. De todas estas partes, esta es precisamente la fracción más heterogénea y complicada (Sahan et al., 2019) ya que generalmente está compuesta por un 33 % de dispositivo semiconductor, 24 % de condensadores, 23 % de sustrato de circuito impreso, 12 % de resistencias y 8 % de otros. Así, las PCB se componen de materiales heterogéneos con una alta diversidad de elementos y concentraciones elementales: 44 % metales, 25 % óxidos metálicos y cerámicas, 26 % polímeros plásticos, 5 % bromo (E-Waste, 2013).

Los teléfonos móviles son la punta del iceberg, porque de acuerdo con el informe The Global E-Waste Monitor 2020 la generación mundial de residuos electrónicos (RAEE) alcanzó el año pasado los 53,6 millones de toneladas (Mt), de los que 12 Mt corresponden a Europa. Se prevé que en 2030 se alcancen los 74 Mt con una tasa de duplicación de tan solo 15 años respecto a 2014.

Todos estos datos nos ayudan a destacar la importancia de reciclar estos elementos que podrían ser una importante fuente secundaria de materiales en el futuro para reducir el impacto ambiental mediante el uso de residuos de PCB y evitar parte de la extracción de minerales. Esto ayudaría a mitigar los impactos ambientales, que serán mayores en el futuro a medida que se agoten las minas actuales. Además, tal y como acabamos de ver, algunos de estos elementos como el tántalo, galio, indio y platino, son considerados críticos por la Comisión Europea debido a su importancia económica para el desarrollo tecnológico (European Commission, 2020). A esto hay que sumar que se espera que aumenten su demanda en un futuro próximo, por lo que fuentes secundarias de estos elementos podría ser crucial.

El vehículo eléctrico y digital. La nueva movilidad

El concepto de vehículo ha cambiado radicalmente en lo que llevamos de siglo XXI. La electrónica ha desplazado a muchas funciones mecánicas, los nuevos materiales han disminuido el peso o aumentado sus prestaciones y los vehículos eléctricos sustituirán en gran parte a los motores térmicos. Ello lleva consigo la incorporación de componentes nuevos que utilizan actualmente hasta más de cincuenta elementos químicos.

En efecto, la nueva generación de automóviles va a necesitar una mayor cantidad de componentes electrónicos, en los que se emplean metales como el neodimio, el praseodimio y el disprosio, para los imanes permanentes, y otros elementos como la plata, el indio, el tántalo o el lantano (Ortego et al., 2018). Pero en especial, requerirán elementos que son básicos en las baterías tales como el litio, el cobalto, el níquel o el manganeso.

En peso, el hierro es lógicamente el elemento que mayor relevancia tiene en un vehículo, al estar presente en multitud de componentes, seguido del aluminio y del cobre y tan solo una pequeña pero importantísima fracción del total lo componen elementos menores pero críticos. Aquellas piezas del vehículo donde se emplean estos elementos críticos son el motor, la caja de cambios, o la unidad de info-entretenimiento y es precisamente ahí donde volvemos a encontrarnos con los componentes eléctricos y electrónicos que tantos metales raros necesitan.

La gran mayoría de estos componentes críticos, cuando un vehículo se lleva a un centro autorizado de tratamiento para su destrucción y reciclado, se pierden. En estos centros tan solo se eliminan manualmente los elementos peligrosos (como aceites, combustibles, etc.), las ruedas y los catalizadores, entre otros. Después el vehículo va a parar a una fragmentadora, donde todos los metales terminan mezclados y tras la cual se separan las fracciones férricas de las no férricas, y del resto que suele ir a vertedero. Se recicla más del 85 % del vehículo en peso, tal y como marca la legislación vigente, pero de los más de cincuenta elementos diferentes de los que está compuesto un vehículo, tan sólo el acero, aluminio, cobre, plomo y los metales del catalizador se reciclan.

¿Qué ocurre entonces con el litio, cobalto, manganeso, níquel, tierras raras, galio, indio, niobio, tántalo…, muchos de los cuales son considerados críticos para la Unión Europea y otras economías? La respuesta es que o bien acaban en el vertedero junto con el ASR (mezclas de plásticos, gomas y espumas), o bien mezclados en muy pequeñas cantidades en distintas aleaciones. Es decir, se están subciclando.

El subciclado puede definirse como el proceso de reciclado en el que el producto final tiene un valor inferior al producto inicial. Por ejemplo, el tántalo puede acabar en aleaciones de acero o aluminio en pequeñísimas cantidades. Este elemento valioso no confiere ninguna propiedad especial a la aleación; de hecho, incluso puede dar lugar a aceros con unos contenidos máximos de ciertos elementos demasiado elevados que impiden su uso en determinadas aplicaciones, por lo que habrá que añadir acero virgen para poder recuperarlo. Así que el tántalo, aunque no haya acabado en un vertedero, habrá perdido su funcionalidad original como material semiconductor usado principalmente en condensadores.

En un estudio reciente se detectó que, de diecisiete metales analizados, tan solo el platino de los convertidores catalíticos era reciclado de forma funcional, es decir, que se volvía a recuperar y emplear para la misma aplicación, el resto se “perdían” (Andersson et al., 2017). Otro ejemplo lo vemos en el níquel, tan solo el 40 % del níquel contenido en automóviles se reutiliza en rollos de chapa de aceros por su contenido en níquel, un 40 % se subcicla junto a otros metales y el restante 20 % termina en vertederos (Nickel Institute, 2016).

En resumen, el proceso de reciclado en el sector del automóvil, y en general de cualquier producto, está diseñado para recuperar el mayor porcentaje posible del objeto en peso, pero se olvida de los metales menores cuya masa relativa es poco relevante y que sin embargo son elementos extremadamente críticos para nuestra sociedad actual.

Aquellos que van a experimentar previsiblemente un mayor aumento en la demanda en las tecnologías renovables son el litio, el cobalto, el teluro, el níquel y el indio. En el caso del indio y del teluro, habrá un aumento considerable en su demanda para la fabricación de paneles solares y el aumento del litio y cobalto se explica principalmente por su uso en las baterías de los vehículos eléctricos.

Muchos de estos elementos se producen hoy en día en países que tienen una situación que deja bastante que desear en cuanto a legislación medioambiental o derechos humanos y cuya futura extracción podría llegar a estar en riesgo al proceder de tan solo unos pocos países. Por ejemplo, el principal productor a nivel mundial del teluro y del indio es China (más de 60 y 40 % del total, respectivamente) y como hemos visto, la República Democrática del Congo produjo más del 70 % del cobalto a nivel mundial en 2020 (USGS, 2020). Por otro lado, este consumo creciente va ligado a las dificultades de aumentar la producción, dado que, en algunos casos, como el cobalto, al ser subproductos, su producción viene limitada por la producción primaria de otro metal, en este caso el cobre o el níquel.

Hemos presentado estas previsiones desde 2014, año en el que publicamos el libro Thanatia: the destiny of the Earth’s mineral resources, (Valero, A y Valero, A, 2014). Muchos otros investigadores han planteado conclusiones similares, pero sin la aproximación termodinámica. Lo cierto es que ni las empresas ni los decisores políticos ni la propia OCDE han considerado este tema como un serio obstáculo al desarrollo de la transición energética.

Finalmente, ha sido la Agencia Internacional de la Energía, quien ha puesto de manifiesto este asunto con preocupación en su informe recién publicado “The Role of Critical Minerals in Clean Energy Technologies”. Aunque sus análisis se centran en unos pocos minerales que consideran críticos, por fin se vincula la explosiva demanda de estos minerales con el impacto que puede tener sobre la lucha contra el cambio climático y la transición ecológica.

En resumen, este informe dice que “si el mundo siguiera la vía recomendada hacia el desarrollo sostenible, escenario SDS, la demanda en 2040 de litio, cobalto, níquel, cobre y tierras raras para las energías limpias totalizaría el 80 %,65 %,60 %, 42 % y 40 % respectivamente de la demanda mundial de estos elementos. En cualquier caso, una transición aún más rápida para llegar a un cero neto a nivel mundial para 2050, requeriría seis veces más insumos minerales en 2040 que en la actualidad. El litio tendrá un crecimiento más rápido, con un aumento de la demanda de más de 40 veces en la SDS para el 2040, seguido de grafito, cobalto y níquel (alrededor de 20-25 veces). La expansión de las redes eléctricas significa que la demanda de cobre para líneas eléctricas aumentará más del doble durante el mismo período”. La magnitud de la transición energética es tan enorme y urgente que para satisfacer las necesidades energéticas limpias del planeta habría que multiplicar, por ejemplo, más de trescientas veces la potencia eólica actual.