Minería urbana: ¿realidad o leyenda?

Por Félix Antonio López Gómez, CSIC

En el siglo XVII, durante la revolución científica, ya se fabricaban máquinas industriales, como los digestores a vapor (precursores de la máquina de vapor). Para su producción se utilizaban tan solo tres elementos químicos: hierro, carbono y calcio, aprovechando los nuevos métodos de producción de acero.

Con el avance de la sociedad, hemos ido incorporado nuevos elementos de la tabla periódica que fue desarrollada por Dimitri Mendeléyev hace más de 150 años.

En el s. XVIII se introdujeron el estaño, el wolframio, el cobre y también el manganeso y el plomo. Hoy la lista de elementos que forman parte de nuestro desarrollo industrial y de nuestro entorno y que facilitan nuestra calidad de vida supone casi la totalidad de la tabla periódica.

Lo anterior es un indicativo del aumento exponencial de la cantidad y variedad de materiales usados por la sociedad, de la existencia de muchos más elementos en cada producto y de la utilización de mezclas complejas de elementos.

Llegados a este punto, podríamos preguntarnos: ¿hay suficientes minerales concentrados en la naturaleza para abastecer la demanda creciente?

Elementos que se agotan rápido

En 2019, coincidiendo con el Año Internacional de la Tabla Periódica, la UNESCO publicó la tabla periódica que aparece en la siguiente imagen:

La tabla está codificada por colores para mostrar que en algunos casos estamos consumiendo elementos muy rápido. Si continuamos haciéndolo, su disponibilidad será limitada (a menos que trabajemos en encontrar formas de reciclarlos adecuadamente).

Hay elementos cuya utilización está seriamente comprometida en los próximos 100 años. Un ejemplo es el indio (In). Se usa en todas las pantallas planas (LED, QLED, OLED) como parte de una película conductora transparente de óxido de indio y estaño. También se emplea en láseres para fibra óptica, para soldadura en frío de componentes eléctricos y en LED azules.

El indio se encuentra hoy muy disperso por todo el planeta porque los yacimientos ricos han sido ya explotados. Aparece concentrado junto con minerales que contienen zinc. Por eso el indio es un subproducto de la extracción de zinc. Se calcula que esta fuente solo durará unos 20 años. Luego el precio del indio aumentará muy significativamente.

Otro ejemplo es el litio (Li). Este elemento es clave para la fabricación de baterías de coches eléctricos, híbridos y para muchas baterías ligeras de nuestros teléfonos inteligentes, tabletas, etc.

Si todos los vehículos que fabricamos hoy llevaran baterías de litio, necesitaríamos una cantidad tan elevada que sobrepasa la disponible en la naturaleza.

Metales y minerales de conflicto

¿Qué podemos decir de nuestros teléfonos inteligentes? Un móvil moderno incorpora 30 elementos diferentes. Algunos de ellos, como el estaño (Sn), el tántalo (Ta), el wolframio (W) y el oro (Au), forman parte de minerales que se extraen en zonas de conflicto y en condiciones de explotación laboral.

Si tenemos en cuenta que solo en la Unión Europea se cambian mensualmente 10 millones de teléfonos inteligentes, podemos ver la magnitud del problema de suministro de materias primas.

Todos estos elementos forman parte de una lista de metales y minerales críticos elaborada por la UE. Existe un alto riesgo de que su suministro se pueda interrumpir.

Por otra parte, los yacimientos más ricos de muchos metales han sido ya explotados. A medida que la ley del mineral disminuye en la mina, el consumo total de energía por tonelada de mineral extraída parece aumentar.

Un ejemplo son las minas de cobre chilenas. La ley de mineral promedio ha disminuido aproximadamente un 28,8 % en solo diez años. Se ha observado un incremento del consumo energético en esas minas del 46 % entre 2003 y 2013, mientras que el aumento de cobre producido para ese mismo período es del 30 %.

Los comienzos: la leyenda

El concepto de minería urbana surgió en los primeros años del siglo XX. Planteaba que las grandes ciudades podían producir suficientes cantidades de recursos secundarios para la producción a gran escala de materias primas.

La idea consistía en implementar plantas de reciclaje de metales como el hierro, el aluminio y el cobre y aprovechar la energía procedente de los residuos. Esta combinación podría satisfacer las necesidades energéticas de la ciudad (calefacción y refrigeración, electricidad) y mejoraría su sostenibilidad.

En cierto modo, esta aproximación considera a la ciudad como un distrito minero donde los espacios urbanos son fuente de materiales antropogénicos que se pueden utilizar y reutilizar de manera cíclica.

La realidad

La escasez de materias primas ha hecho que esta leyenda se vaya convirtiendo en inexorable realidad: en la ciudad encontramos todos los materiales de postconsumo que genera nuestra sociedad.

No solo producimos papel, cartón, acero, aluminio y plásticos, que son los más tradicionales. También otros mucho más preciados:

• Metales. Procedentes de baterías, tubos fluorescentes, infinidad de materiales electrónicos (teléfonos móviles, ordenadores, pantallas de televisión, entre otros) y paneles fotovoltáicos.

• Cauchos. De neumáticos fuera de uso.

• Materiales de construcción y demolición.

Invertimos materias primas y energía para la fabricación y distribución de una larga lista de materiales. ¿Por qué no utilizarlos como minerales urbanos y extraer de ellos las materias primas críticas?

Detengámonos primero en los residuos sólidos urbanos (RSU). Con la producción de 500 000 toneladas de este tipo de residuos y teniendo en cuenta la composición media de los mismos, podemos recuperar 17 000 toneladas de acero, 570 toneladas de cobre y 330 toneladas de aluminio. Además, podemos generar mediante sistemas de cogeneración, alrededor de 1500 GWh de energía.

Si tenemos en cuenta el consumo medio per cápita de energía en Europa, la energía producida a partir de los RSU cubriría el consumo anual de energía de una ciudad de unos 300 000 habitantes.

Los yacimientos urbanos suponen grandes reservas. Se estima que en Alemania hay 60 000 millones de toneladas de material en depósitos antropogénicos.

Los residuos electrónicos, una mina de oro

Sin duda, el ejemplo más relevante de minería urbana es la recuperación de metales a partir de residuos de materiales eléctricos y electrónicos (REE). Se trata de residuos muy peculiares que presentan altos contenidos en materiales valiosos y en sustancias peligrosas.

Algunos ejemplos de REE son los electrodomésticos, los equipos informáticos, los equipos de telecomunicaciones, la electrónica de consumo y las lámparas de descarga.

La producción mundial de REE alcanzó la cifra de 44,7 millones de toneladas en el 2017 y se espera alcanzar en 2021 la cantidad de 52 millones de toneladas. En la Comunidad de Madrid, la producción per cápita es de 4,75 kg/año

Todos estos residuos contienen metales valiosos en concentraciones superiores a los minerales de la naturaleza. Por ejemplo, en una placa de circuito impreso el contenido de plata (Ag) es de 3 300 gramos/tonelada y el de oro de 80 g/t. Otros elementos más valiosos aún, como el galio (Ga) y el paladio (Pd), presentan concentraciones de 35 g/t y 28 mg/kg, respectivamente.

Se estima que cada año se producen en todo el mundo unos 3 millones de toneladas de circuitos impresos.

A los anteriores elementos hay que añadir el tántalo (Ta), que forma parte de los capacitores o condensadores eléctricos y que también se puede recuperar. El contenido en tántalo en un capacitador EcSETCs es del orden del 40-42 % de su peso. Esto supone que una placa de circuito impreso sea un verdadero yacimiento de minerales.

Los teléfonos móviles son otro ejemplo de mineral urbano. Se estima que en 2035 desecharemos unos 90 millones de unidades. El contenido en oro es del orden de 0,35 g/kg. Es decir, de una tonelada de móviles se pueden recuperar 350 gramos de oro (el contenido en oro en un yacimiento rico es de unos 5 g/t).

Hay otros muchos ejemplos de minerales urbanos que afianzan la idea de que la minería urbana es una actividad esencial para la recuperación de materiales, el suministro de materias primas críticas, la sostenibilidad y la economía circular.