Economía circular de las materias primas, el camino hacia la electrificación sostenible

La electrificación limpia es el camino para alcanzar los objetivos climáticos de la ONU. Pero para una transición energética sostenible no basta con generar electricidad a partir de fuentes renovables: también es necesario garantizar la resiliencia y la sostenibilidad del suministro de la amplia gama de materias primas que hacen posible generar esa energía y luego distribuirla o almacenarla para que esté disponible cuando y donde se necesite. 

Estos materiales tienen características muy diferentes, pero están unidos por una predicción: su uso crecerá en las próximas décadas. Por eso, debemos adoptar cada vez más un enfoque de economía circular a lo largo de toda la cadena de valor, para que la transición energética sea plenamente competitiva y sostenible.

El crecimiento exponencial de las energías renovables y la electrificación del consumo que se espera en las próximas décadas, conlleva enormes beneficios medioambientales y económicos, pero también un crecimiento de la demanda de determinados minerales que la Agencia Internacional de la Energía (AIE) estima en un 400 % para 2040. Por ejemplo, un sistema fotovoltaico con módulos tradicionales utiliza casi dos toneladas de cobre por MW y casi dos toneladas de silicio, mientras que un coche eléctrico contiene, en promedio, más de 50 kg de cobre, 40 kg de níquel, 60 kg de grafito y cantidades significativas de manganeso, cobalto y litio.

En la era de la transición energética, estos y otros materiales están llamados a sustituir al petróleo, al gas y al carbón como recursos fundamentales sobre los que se construirá nuestra economía. Además de contribuir a reducir las emisiones, estos materiales tienen otra ventaja clave sobre los combustibles fósiles: no se queman y, por tanto, pueden utilizarse indefinidamente en el ciclo de producción, gracias al enfoque de la economía circular.

Materiales críticos y estratégicos

La lista de materiales importantes para la energía limpia es muy larga, e incluye minerales, metales y aleaciones con características profundamente diferentes. Muchos de ellos figuran en una lista de materias primas consideradas críticas o estratégicas por la Unión Europea, por factores como su concentración geográfica fuera de la Unión que, en perspectiva, podrían poner en peligro su suministro, y porque son cruciales para el desarrollo económico de la UE. 

Sin dudas, entre los más conocidos está el litio, descrito por las Naciones Unidas como «el pilar de una economía sin combustibles fósiles». Se utiliza, principalmente, en las baterías de iones de litio. Su extracción se concentra en Australia, Argentina y Chile. 

Entre los materiales más utilizados en el sector eléctrico se encuentra el cobre: por cada MW de nueva potencia renovable instalada, se necesitan casi dos toneladas, cuando todos los demás materiales juntos ascienden a unas cuatro toneladas (fuente: AIE). Su excelente capacidad para conducir el calor y la corriente, solo superada por la de la plata, lo hace esencial para todos los componentes por los que debe circular la electricidad. Se extrae principalmente en Chile, Perú y China. China, Chile y Japón acogen una parte importante de la transformación que, en conjunto, está bastante repartida por todo el mundo. 

El silicio, crucial para las células fotovoltaicas, es extremadamente abundante en la corteza terrestre en forma de minerales de silicato como la cuarcita, y no plantea ningún problema de escasez. Pero para utilizarlo en paneles fotovoltaicos, así como en chips, es necesario procesarlo y transformarlo en silicio de gran pureza, proceso que, actualmente, se concentra casi en un 80 % en China. 

Otro material clave para la fotovoltaica es el aluminio, utilizado para la parte estructural. Pero este metal también se utiliza en las redes eléctricas, las baterías y, en menor medida, en todas las tecnologías renovables. Según el Banco Mundial, la demanda podría duplicarse de aquí a 2050. En la actualidad, China controla más del 50 % de la producción mundial. Por otra parte, ya es un buen ejemplo de proceso de reciclado: según la European Alluminium, la tasa de reciclado en los sectores del automóvil y la construcción supera el 90 %, mientras que en el de las latas de bebidas es del 75 %.

El níquel también se utiliza para los electrodos de las baterías de litio, principalmente para uso automovilístico, pero además desempeña un papel importante en la industria eólica, donde se añade al acero para aumentar la dureza y resistencia de las aleaciones utilizadas en las turbinas. La extracción se concentra en Indonesia, seguida de Filipinas y Rusia. Más del 30 % de la transformación se realiza en China. Fácilmente reciclable, en la actualidad se recupera casi el 60 %. 

Luego están las llamadas tierras raras, un conjunto de 17 metales entre los que se encuentran el lantano, el cerio, el neodimio y el escandio, que se utilizan en motores eléctricos, sobre todo en turbinas eólicas marinas, y en menor medida en celdas de combustible y algunos tipos de baterías (no las modernas basadas en iones de litio). La producción está muy concentrada en China y, en conjunto, la AIE prevé que la demanda de estos materiales se multiplique por siete de aquí a 2040 con respecto a los niveles de 2020. 

Innovación circular

A diferencia del petróleo, que se quema continuamente, los minerales y los metales pueden reutilizarse y reciclarse continuamente con la infraestructura y la tecnología adecuadas y, sobre todo, si los activos y los productos están bien diseñados. Como señala la propia AIE, en comparación con los combustibles fósiles «tenemos, por tanto, más vías para garantizar un suministro estable de estos materiales, simplemente manteniéndolos a nuestro alrededor el mayor tiempo posible». 

Recuperar y reintroducir los materiales nuevamente al ciclo de producción, utilizarlos de forma más eficiente en los productos, ampliar el ciclo de vida de los vehículos, las baterías, los componentes eléctricos, son formas viables y ya activamente exploradas de reducir la demanda primaria de minerales críticos, es decir, de reducir la cantidad que es necesario extraer para satisfacer las crecientes necesidades. De hecho, estimular una mayor eficiencia en su uso puede convertirse en un elemento importante para crear una economía circular y más sostenible. McKinsey calcula, por ejemplo, que una política de circularidad puede reducir en un 56 % las emisiones de CO₂ actualmente vinculadas a las cadenas de suministro de materiales.

El cobre, utilizado en las redes eléctricas, hoy en día es recuperado en casi un 60 %, por encima de la media general de recuperación de cobre en todas las demás aplicaciones. Sin embargo, la AIE calcula que el potencial real de recuperación es del 85 % y que, una vez alcanzado, reduciría la demanda mundial en más de nueve millones de toneladas al año. Lo mismo cabe decir del aluminio, cuya demanda primaria, gracias a la recuperación, podría reducirse en 32,5 millones de toneladas con respecto a los niveles actuales. En el sector de las baterías, la AIE calcula que, para 2040, la reutilización y el reciclado podrían reducir la demanda global de los minerales que las componen en un 12 %. 

Europa ya es líder mundial en circularidad de materiales, con más del 50 % de los metales básicos utilizados en la UE (categoría que incluye el cobre y el aluminio) procedentes del reciclado. Ampliar este planteamiento a otros minerales críticos es el objetivo de la reciente Ley de Materias Primas Fundamentales que, para 2030, fija el objetivo de que al menos el 15 % proceda del reciclado, al menos el 10 % de la minería (materiales como el litio también se encuentran en grandes cantidades en Europa) y al menos el 40 % de la cadena de producción esté internalizada. 

La colaboración internacional también desempeña un papel importante. Estados Unidos, Canadá, Australia y Japón han promulgado políticas destinadas a garantizar un suministro estable y sostenible de minerales críticos, que incluyen la colaboración –entre ellos y con la Unión Europea– para la gestión circular de materiales. 

La palanca clave para desarrollar un enfoque circular y en la que se centran los esfuerzos de empresas y gobiernos es la innovación, que permite reducir la intensidad de uso de determinados minerales o sustituirlos por otros menos críticos. En la industria de los paneles fotovoltaicos, por ejemplo, la reducción del grosor de las obleas utilizadas para producir células ha reducido a la mitad la intensidad de uso del silicio desde 2008, mientras que las mejoras en los procesos de producción han reducido la necesidad de plata en un 80 %. Y esta tendencia hacia la eficiencia continúa, como veremos a continuación en nuestra experiencia. 

La investigación también trabaja sin descanso en el sector de las baterías, por ejemplo para sustituir, en las baterías de uso automovilístico, al cobalto –cuya producción se concentra actualmente en la República Democrática del Congo– por el níquel y el manganeso que son menos problemáticos; o para llegar a baterías de estado sólido que podrían cambiar las reglas del juego en la movilidad eléctrica, almacenando mucha más energía por el mismo peso y reduciendo drásticamente la necesidad de grafito o cobalto. Para uso estacionario, las baterías más utilizadas, las de litio-hierro-fosfato (LFP), resuelven el problema de antemano, ya que el cobalto está naturalmente ausente. Otra opción prometedora es la sustitución de los motores eléctricos de imanes permanentes por otros, como los de rotor bobinado, que no necesitan tierras raras, sino solo cobre. 

Innovación para la Circularidad de materias primas, nuestra estrategia

En consonancia con una estrategia que ha convertido a Enel en el mayor operador privado de energía renovable del mundo, hemos situado a la circularidad en el centro de nuestras estrategias de materiales, para que la cadena de suministro sea cada vez más resiliente y sostenible. 

Todos nuestros procesos de producción adoptan principios de circularidad como: el uso prioritario de insumos renovables o recuperados de ciclos de vida anteriores, la ampliación de la vida útil de los productos, la promoción de modelos de uso compartido de recursos y de product-as-a-service (producto como servicio) que reducen el número de productos en circulación para el mismo número de servicios ofrecidos y, en consecuencia, la demanda de materiales. En 2021, fuimos la primera utility en adherirnos a la Alianza Europea de Materias Primas, una asociación de partes interesadas públicas y privadas, promovida por la Comisión Europea, que trabaja para superar las barreras al suministro de materiales críticos en Europa. 

Nuestras actividades son poco dependientes de los materiales críticos y estratégicos que constituyen una parte limitada de nuestro aprovisionamiento, cuya necesidad está representada, casi en su totalidad, por cobre y silicio. No obstante, trabajamos constantemente en la innovación y la experimentación para promover la recuperación de todos los materiales y reducir su intensidad de uso, en beneficio de todo el sector energético. 

En cuanto al polisilicio, que representa la mayor parte de las materias primas críticas de las que nos abastecemos, el proyecto 3Sun Gigafactory en Catania, que dará lugar a la creación de un centro de producción de paneles solares de 3 GW al año, va precisamente en la dirección de una mayor independencia de la cadena de suministro fotovoltaica, no solo trayendo la producción de células y paneles fotovoltaicos a suelo europeo, sino también utilizando la innovación para reducir la intensidad de uso del silicio y aspirando a construir una cadena de suministro diversificada y sostenible. El nuevo tipo de panel HJT de alta eficiencia utilizará, a partir de 2024, menos silicio gracias a un mayor tamaño de la superficie de la célula y a una reducción del grosor del 20 %. La innovación en las rejillas y contactos de los paneles reducirá el uso de plata en al menos un 60 % y, en el futuro, aumentará aún más la eficiencia: entre un 15 % y un 20 % en comparación con la actualidad, produciendo, entonces, más energía con la misma cantidad de material utilizado en los módulos instalados.

En cuanto al litio, estamos trabajando en un proyecto piloto para extraerlo en combinación con la generación de energía geotérmica en un emplazamiento a pocos kilómetros de Roma. Gracias al uso de la energía geotérmica y a un innovador proceso de separación, la extracción del litio también sería más sostenible desde el punto de vista medioambiental. Estamos trabajando en soluciones para prolongar la vida útil de las baterías, incluidas herramientas de inteligencia artificial para predecir fallos, anomalías y para modelizar la degradación de las baterías de iones de litio. Además, hemos desarrollado una instalación de almacenamiento de electricidad en Melilla (España) que reutiliza baterías en desuso de coches eléctricos, y estamos ultimando otra con Aeroporti di Roma. En España, estamos creando una planta piloto para desmontar baterías, triturar y clasificar los materiales –empezando por el litio– y reintroducirlos en los ciclos de producción, con el objetivo de reciclar 8000 toneladas de baterías al año. 

En cuanto a metales como el acero, el cobre y el aluminio, que no escasean y cuyo reciclado alcanza ya porcentajes significativos, nuestros esfuerzos se centran en reducir las emisiones asociadas a su cadena de suministro, con el objetivo de alimentar cada vez más su extracción, transformación y transporte con energía verde. 

Las tres cadenas de la electrificación «circular»

Si bien este es el panorama general del papel de los materiales en las cadenas de suministro de energía limpia, cada sector tecnológico tiene sus propias especificidades en cuanto a los materiales utilizados, las perspectivas de desarrollo, las opciones técnicas y las opciones logísticas para garantizar mejor la gestión circular. 

En una serie de reflexiones, veremos cómo la innovación y la circularidad están haciendo que el suministro de materiales sea más resiliente y sostenible, sobre todo para los sistemas eólicos, solares y de almacenamiento de energía. 

Más información en las secciones dedicadas de Beyond Reporting
https://beyondreporting.enel.com/#clean_electrification