La emisión de los gases de efecto invernadero no ha hecho más que crecer a lo largo de los años a pesar del aumento de la eficiencia de los sistemas tecnológicos. Esto ha sucedido a causa de varias razones, la principal, la mayor demanda de bienes y servicios actual (crecimiento económico) en el mundo lo que se traduce en la necesidad de extraer más recursos y energía de nuestro planeta produciendo una gran cantidad de gases contaminantes y de efecto invernadero.
Este problema ha hecho que los diferentes órganos legislativos, principalmente a nivel EU, busquen distintas soluciones con el fin de iniciar una transición hacia una sociedad sostenible, como la economía circular o el aumento de eficiencia de los diferentes sistemas. Esta cuestión ha estado presente en la actualidad de este país, ya que ha formado parte de varias enmiendas a los presupuestos generales del estado.
Dentro del ámbito de este problema global, el sector del transporte emitió aproximadamente el 20% del total de emisiones de CO2 en el mundo en el año 2019. Esto ha hecho que muchos gobiernos y órganos legislativos intenten promover sistemas de movilidad más limpios que los actuales. Han promovido el transporte público, el evitar en todo lo posible el uso innecesario del vehículo privado y en la actualidad la movilidad eléctrica. Por ello se está llevando a cabo un cambio en el sistema de transporte urbano, por carretera y por vías férreas hacia una tecnología que emplea la electricidad para moverse.
1.¿Es esta tecnología de movilidad tan limpia como se nos cuenta?, Este tipo de movilidad trae consigo algunos problemas.
Unido a esta tecnología, inicialmente concebida como más respetuosa con el medio ambiente y más eficiente energéticamente, surgen algunos problemas, como el aumento de la desigualdad social que pueden favorecer estos vehículos (poseen un precio elevado) o en el ámbito que nos centraremos en este post, debido a la incierta disponibilidad futura de los materiales que requiere. La literatura reciente está advirtiendo que una demanda exhaustiva de este tipo de movilidad podría contribuir al agotamiento de algunos de los minerales críticos de los que depende, derivando esto en importantes problemas para la fabricación de vehículos y de todas las demás tecnologías que empleen estos materiales si no encontramos alternativas que nos permitan no agotar nuestros recursos naturales a largo plazo. Lo que puede ser crítico para el avance de la tecnología, para nuestra economía y también para nuestro planeta en un futuro no tan lejano. Hay que enunciar que la UE es muy consciente de este problema y cuenta desde hace 10 años una política estratégica sobre los materiales críticos.
2. ¿Qué magnitud puede tener este problema?, ¿Cómo se podría evaluar esta demanda de minerales por parte de la movilidad electrificada?
La alta demanda de minerales críticos de la movilidad eléctrica motivó el TFG “Análisis de los requerimientos minerales de la transición hacia una movilidad eléctrica” (cuyos resultados se han publicado recientemente también en la revista especializada de ingeniería DYNA), en el que se han estimado las demandas minerales respecto a sus reservas a lo largo del tiempo sobre distintos escenarios y se enuncian diferentes alternativas con el fin de evitar un posible agotamiento prematuro de los diferentes minerales a causa de la transición en el transporte. La ejecución de este estudio se ha basado en dos pilares principales, el primero, la ejecución de una revisión bibliográfica exhaustiva con el fin de obtener la información más precisa sobre las tecnologías empleadas en el transporte electrificado y que materiales demandan, y en segundo lugar, la utilización y modificación de las estructuras de modelado (con el fin de computar dinámicamente los requerimientos minerales asociados a la movilidad eléctrica) del modelo de sistemas dinámicos de código abierto MEDEAS-World (Este modelo posee un post en esta web), gracias al cual, se pueden obtener los resultados tomando en consideración las realimentaciones entre los distintos sectores económicos y energéticos (no se trata de una simple extrapolación de las tendencias observadas basada en unas simple reglas). En la siguiente figura se pueden ver los aspectos en los que se ha centrado la revisión bibliográfica y posterior evaluación:
Las baterías que han sido evaluadas para este tipo de movilidad son 4 tipos de baterías de Ion-litio, NCA, LFP, NMC y LiMnO2, ya que son las baterías más empleadas en la movilidad eléctrica en el pasado y/o en la actualidad. Las simulaciones se ejecutan empleando cada vez un tipo distinto de batería asumiendo que todos los vehículos electrificados emplean ese tipo. En la siguiente tabla (tabla 1) enunciamos algunas características de estas baterías:
Se han elegido los escenarios propuestos en un anterior trabajo del grupo de investigación GEEDS “The limits of transport decarbonization under the current growth paradigm”, ya que estos nos permitían ver las tendencias de los requerimientos materiales de la movilidad eléctrica en un amplio espectro de situaciones. Los escenarios tomados son; Tendencias EV esperadas, Este escenario proyecta las tendencias actuales y esperadas; EV Alto, Este es un escenario hipotético de muy alta electrificación en el transporte terrestre; E-bike, Se trata de un escenario en el que se promueve una movilidad basada en vehículos eléctricos muy ligeros.; Decrecimiento, la proporción de vehículos es la misma que en el escenario E-bike, pero reduciendo la demanda de transporte a la vez que se impone también una economía de estado estacionario (una economía que permite satisfacer las necesidades humanas sin socavar los servicios de soporte vital del planeta).
3. ¿Cuál ha sido el resultado de la evaluación?, un lado oscuro muy a tener en cuenta.
Finalmente se pueden enunciar los resultados obtenidos para el año 2050, en la Imagen 1 se puede observar la demanda de los minerales más requeridos por este tipo de movilidad respecto a sus reservas, tanto por parte de los diferentes aspectos de la movilidad eléctrica, como por el resto de la economía:
Se puede enunciar, como se observa en la imagen 1, que todos los escenarios, salvo el escenario de decrecimiento, presentarían una gran demanda de minerales respecto a sus reservas por parte de las diferentes tecnologías de la movilidad eléctrica, lo que podría provocar un agotamiento prematuro de varios de estos. En el ámbito de la demanda del resto de la economía destacaría el escenario que extrapola las tendencias actuales, Tendencias EV, seguido por los escenarios, Alto EV y E-Bike, y finalmente encontrando como el escenarios que menos minerales demanda, el escenario decrecimiento.
En cuanto a la demanda de los diferentes minerales, en el caso del aluminio, según nuestros resultados, destacaría el requerimiento de minerales del resto de la economía siendo poco influyente el requerimiento de las baterías. El cobre poseería una gran demanda procedente del resto de la economía, pero también presentaría una destacable demanda por parte de los vehículos, infraestructuras y las baterías. El cobalto sería muy demandado a causa de la fabricación de las baterías con la excepción de la batería LFP que no posee este mineral, en el caso de su demanda procedente del resto de la economía se puede enunciar que sería importante pero menos influyente que la demanda de las baterías. El litio presentaría unos requerimientos muy elevados procedentes de todas las baterías y con una demanda reducida por parte del resto de la economía. El manganeso presentaría una demanda importante pero contenida procedente de las baterías LMO y NMC, pues donde destacarían los requerimientos de este mineral sería en el resto de la economía. Por último el níquel poseería una gran demanda por parte de las baterías NMC y NCA pero su principal demanda provendría del resto de la economía.
Las baterías que menos materiales requerirían son las NCA y las LFP. La batería NMC se ha visto superada en rendimiento y en el uso de minerales por la NCA. La batería LiMnO2 posee un rendimiento muy pobre, por eso se ha visto avocada al desuso en la automoción eléctrica. Además, la batería LFP, la única que no emplea materiales críticos en el cátodo (aparte del litio), tiene un rendimiento también pobre, necesitando baterías muy grandes (en tamaño y peso) para igualar la capacidad y potencia de las baterías que emplean cobalto.
La infraestructura de carga, el ferrocarril y el cobre empleado en los vehículos electrificados podrían llegar a sumar más de un 17 % del requerimiento de las reservas de cobre en el escenario más desfavorable (EV alto) y un 7% en el más favorable (decrecimiento), por lo que son elementos que se deben tener en cuenta.
4. ¿Qué conclusiones podemos sacar de la evaluación?
Se obtienen dos conclusiones principales de este análisis, en primer lugar, la sustitución de los vehículos de combustión por vehículos eléctricos no se podría generalizar a nivel mundial por lo que probablemente solo las regiones más ricas y con mayor poder de mercado podrían hacerse con las materias primas para poder utilizar este tipo de movilidad, en segundo lugar, los resultados muestran que se deben buscar alternativas más allá de la pura sustitución tecnológica. Las alternativas que pueden ser tomadas, buscando la reducción de los efectos sobre los recursos de esta movilidad, radican en adoptar unas costumbres socio económicas en la línea de las asumidas en el escenario de Decrecimiento, una gran reducción de la demanda del transporte por parte de los hogares, una gran reducción del empleo del transporte aéreo y marítimo, asumir un uso masivo del ferrocarril para el transporte de mercancías en lugar del transporte de larga distancia por carretera y finalmente una economía de estado estacionario que no necesite de crecimiento para proveer de bienestar a las personas. La aplicación de estas alternativas en el modelo junto a soluciones como la economía circular o el reciclaje masivo muestra que es posible controlar el gasto de ciertos minerales en el ámbito del transporte y además reducir las emisiones.
Podemos enunciar finalmente que un cambio de movilidad sin cambiar nuestros hábitos y costumbres no serviría para reducir nuestros problemas con el medio ambiente y con nuestro planeta, sino más bien para agravarlos, porque ¿Qué haríamos si se agotasen estos recursos?, ¿Qué pasaría con todos los elementos tecnológicos que los emplean?, ¿tendríamos que retomar la fabricación de vehículos de combustión?, sujetos también a limitaciones geológicas, como el empleo de combustibles fósiles y unos de los grandes emisores de GEI y por lo tanto participes importantes del problema del cambio climático.
Daniel Pulido Sánchez
Referencias
- D. Pulido Sánchez, «Análisis de los requerimientos materiales de la transición hacia una movilidad eléctrica», info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, 2020. http://uvadoc.uva.es/handle/10324/41646
- I. de Blas, M. Mediavilla, I. Capellán-Pérez, y C. Duce, «The limits of transport decarbonization under the current growth paradigm», Energy Strategy Rev., vol. 32, p. 100543, nov. 2020, doi: 10.1016/j.esr.2020.100543.
- I. Capellán-Pérez et al., «MEDEAS: a new modeling framework integrating global biophysical and socioeconomic constraints», Energy Environ. Sci., vol. 13, n.o 3, pp. 986-1017, 2020, doi: 10.1039/C9EE02627D.
- D. Pulido Sánchez, I. Capellán-Pérez, M. Mediavilla, C. de Castro Carranza, F. Frechoso Escudero. «Análisis de los requerimientos de materiales de la movilidad eléctrica mundial». DYNA, vol. 96, pp. 207-213, 2021, https://doi.org/10.6036/9893.