economía de los recursos naturales

El concepto de recurso perpetuo es complejo porque el concepto mismo de recurso es complejo y cambia con la llegada de nuevas tecnologías (generalmente una recuperación más eficiente), nuevas necesidades y, en menor medida, con la evolución de la economía (por ejemplo, cambios en los precios del material, cambios en los costos de la energía, etc.). Por un lado, un material (y sus recursos) puede entrar en un período de escasez y convertirse en un material estratégico y crítico (una crisis de agotamiento inmediata), pero por otro lado, un material puede dejar de utilizarse, su recurso puede volverse perpetuo si no lo era antes, y luego el recurso puede convertirse en un paleorrecurso cuando el material queda casi completamente fuera de uso (por ejemplo, recursos de sílex de grado punta de flecha). Algunas de las complejidades que influyen en los recursos de un material incluyen el grado de reciclabilidad, la disponibilidad de sustitutos adecuados para el material en sus productos de uso final, además de otros factores menos importantes.

El 7 de diciembre de 1941, el Gobierno Federal mostró un interés repentino y urgente en los recursos naturales. Poco después, Japón interrumpió el suministro de estaño y caucho a Estados Unidos , dificultando enormemente la obtención de otros materiales, como el tungsteno. Esta situación representó el peor escenario posible para la disponibilidad de recursos, convirtiéndose en un material estratégico y crítico. Tras la guerra, se creó una reserva gubernamental de materiales estratégicos y críticos, con alrededor de 100 materiales diferentes que se adquirían mediante compraventa o intercambio de productos agrícolas estadounidenses. A largo plazo, la escasez de estaño llevó a la sustitución total del papel de aluminio por papel de estaño y a la sustitución de las latas de acero estañadas por latas de acero revestidas de polímero y envases asépticos .

Los recursos cambian con el tiempo debido a la tecnología y la economía; una recuperación más eficiente conlleva una disminución en la ley del mineral necesaria. La ley promedio del mineral de cobre procesado ha disminuido del 4,0 % de cobre en 1900 al 1,63 % en 1920, 1,20 % en 1940, 0,73 % en 1960, 0,47 % en 1980 y 0,44 % en 2000. ^{[ 9 ]}

El suministro de cobalto ha sido inestable desde que el Congo Belga (la única fuente importante de cobalto en el mundo) obtuvo una independencia apresurada en 1960 y la provincia productora de cobalto se separó como Katanga, seguida de varias guerras e insurgencias, destituciones de gobiernos locales, destrucción de ferrocarriles y nacionalizaciones. Esto culminó con una invasión de la provincia por rebeldes katangueses en 1978 que interrumpió el suministro y el transporte y provocó que el precio del cobalto se triplicara brevemente. Mientras el suministro de cobalto se vio interrumpido y el precio se disparó, se recurrió al níquel y otros sustitutos. ^{[ 10 ]}

Posteriormente, se popularizó la idea de una «guerra por los recursos» por parte de los soviéticos. En lugar del caos resultante de la situación del cobalto en Zaire, se trataba de una estrategia planificada, diseñada para destruir la actividad económica fuera del bloque soviético mediante la adquisición de recursos vitales por medios no económicos (¿militares?) fuera del bloque soviético (¿Tercer Mundo?), para luego retener estos minerales a Occidente. ^{[ 11 ]}

Una forma importante de sortear la escasez de cobalto o la crisis de los recursos naturales es utilizar sustitutos para un material en sus aplicaciones finales. Algunos criterios para un sustituto satisfactorio son: (1) disponibilidad inmediata a nivel nacional en cantidades suficientes o disponibilidad en países vecinos, o posiblemente en aliados extranjeros; (2) propiedades físicas y químicas, rendimiento y durabilidad comparables a las del material de primera elección; (3) comportamiento y propiedades bien establecidos y conocidos, especialmente como componente en aleaciones especiales; y (4) capacidad de procesamiento y fabricación con cambios mínimos en la tecnología, la planta de capital y las instalaciones de procesamiento y fabricación existentes. Algunas sustituciones sugeridas fueron alunita por bauxita para producir alúmina , molibdeno y/o níquel por cobalto, y radiadores de aleación de aluminio para automóviles por radiadores de aleación de cobre para automóviles. ^{[ 12 ]} Los materiales pueden eliminarse sin sustitutos de materiales, por ejemplo, utilizando descargas de electricidad de alta tensión para dar forma a objetos duros que antes se moldeaban con abrasivos minerales, lo que proporciona un rendimiento superior a un menor coste, ^{[ 13 ]} o utilizando ordenadores/satélites para reemplazar el cable de cobre (líneas terrestres).

Una forma importante de reemplazar un recurso es mediante la síntesis; por ejemplo, los diamantes industriales y muchos tipos de grafito , aunque cierto tipo de grafito podría ser reemplazado casi por completo por un producto reciclado. La mayor parte del grafito es sintético; por ejemplo, los electrodos de grafito, la fibra de grafito, las piezas de grafito (mecanizadas o sin mecanizar) y el polvo de grafito.

Otra forma de reemplazar o extender un recurso es reciclando el material deseado a partir de chatarra o desechos. Esto depende de si el material está disipado o disponible como un producto duradero que ya no se puede usar. La recuperación del producto duradero depende de su resistencia a la degradación química y física, las cantidades disponibles, el precio de disponibilidad y la facilidad de extracción del producto original. ^{[ 14 ]} Por ejemplo, el bismuto en los medicamentos para el estómago está irremediablemente disperso (disipado) y, por lo tanto, es imposible de recuperar, mientras que las aleaciones de bismuto se pueden recuperar y reciclar fácilmente. Un buen ejemplo donde el reciclaje marca una gran diferencia es la situación de disponibilidad de recursos para el grafito, donde el grafito en escamas se puede recuperar de un recurso renovable llamado kish, un residuo de la fabricación de acero que se crea cuando el carbono se separa como grafito dentro del kish del metal fundido junto con la escoria. Después de enfriarse, el kish se puede procesar. ^{[ 15 ]}

Es necesario introducir otros tipos de recursos. Si los materiales estratégicos y críticos representan el peor escenario para los recursos, a menos que se mitigue mediante la sustitución o el reciclaje, uno de los mejores es un recurso abundante. Un recurso abundante es aquel cuyo material ha tenido hasta ahora poco uso, como el uso de arcillas con alto contenido de aluminio o anortosita para producir alúmina, y magnesio antes de que se recuperara del agua de mar. Un recurso abundante es bastante similar a un recurso perpetuo. ^{[ 16 ]} La base de reservas es la parte de un recurso identificado que tiene un potencial razonable para estar disponible económicamente en un momento posterior a la puesta en marcha de la tecnología probada y la economía actual. Los recursos identificados son aquellos cuya ubicación, grado, calidad y cantidad se conocen o se estiman a partir de evidencia geológica específica. Las reservas son la parte de la base de reservas que se puede extraer económicamente en el momento de su determinación; ^{[ 17 ]} las reservas no deben usarse como sustituto de los recursos porque a menudo se ven distorsionadas por los impuestos o las necesidades de relaciones públicas de la empresa propietaria.

Harrison Brown y sus colaboradores afirmaron que la humanidad procesará minerales de menor calidad. El hierro provendrá de materiales con bajo contenido de hierro, como roca cruda de cualquier formación de hierro , similar al material utilizado para fabricar pellets de taconita en Norteamérica y otros lugares. A medida que disminuyan las reservas de carbón coquizable, la producción de arrabio y acero utilizará procesos que no requieran coque (por ejemplo, acero eléctrico). La industria del aluminio podría pasar de usar bauxita a usar anortosita y arcilla . El consumo de magnesio metálico y magnesia (por ejemplo, en refractarios), que actualmente se obtiene del agua de mar, aumentará. El azufre se obtendrá de pirita , y luego de yeso o anhidrita. Metales como el cobre , el zinc , el níquel y el plomo se obtendrán de nódulos de manganeso o de la formación Phosphoria. Estos cambios podrían ocurrir de forma irregular en diferentes partes del mundo. Mientras que Europa y Norteamérica podrían usar anortosita o arcilla como materia prima para el aluminio, otras partes del mundo podrían usar bauxita, y mientras que Norteamérica podría usar taconita, Brasil podría usar mineral de hierro. Aparecerán nuevos materiales (nota: ya han aparecido), como resultado de los avances tecnológicos, algunos actuando como sustitutos y otros con nuevas propiedades. El reciclaje se volverá más común y más eficiente (nota: ¡ya lo es!). En última instancia, los minerales y metales se obtendrán procesando roca "promedio". Cien toneladas de roca ígnea "promedio" producirán ocho toneladas de aluminio, cinco toneladas de hierro y 0,6 toneladas de titanio. ^{[ 18 ] [ 19 ]}

El modelo del USGS, basado en datos de abundancia de la corteza terrestre y la relación reserva-abundancia de McKelvey, se aplica a varios metales en la corteza terrestre (a nivel mundial) y en la corteza de los Estados Unidos. Los recursos potencialmente recuperables actualmente (con la tecnología y la economía actuales) que más se ajustan a la relación de McKelvey son aquellos que se han buscado durante más tiempo, como el cobre, el zinc, el plomo, la plata , el oro y el molibdeno . Los metales que no siguen la relación de McKelvey son aquellos que son subproductos (de metales principales) o que no han sido vitales para la economía hasta hace poco ( titanio , aluminio en menor medida). El bismuto es un ejemplo de un metal subproducto que no sigue bien la relación; las reservas de plomo del 3% en el oeste de los Estados Unidos tendrían solo 100  ppm de bismuto, una ley claramente demasiado baja para una reserva de bismuto. El potencial mundial de recursos recuperables es de 2.120 millones de toneladas para el cobre, 2.590 millones de toneladas para el níquel, 3.400 millones de toneladas para el zinc, 3.519 millones de toneladas para el aluminio y 2.035 millones de toneladas para el hierro. ^{[ 20 ]}

Diversos autores han aportado contribuciones adicionales. Algunos creen que el número de sustitutos es casi infinito, especialmente con el flujo de nuevos materiales de la industria química; se pueden fabricar productos finales idénticos a partir de diferentes materiales y puntos de partida. Dado que todos los materiales son 100 veces más débiles de lo que teóricamente deberían ser, debería ser posible eliminar las zonas de dislocación y reforzarlas considerablemente, lo que permitiría utilizar menores cantidades. En resumen, las empresas mineras tendrán productos cada vez más diversos, la economía mundial se está alejando de los materiales para orientarse hacia los servicios, y la población parece estar estabilizándose, lo que implica una disminución del crecimiento de la demanda de materiales; gran parte de los materiales se recuperarán de rocas poco comunes, habrá muchos más coproductos y subproductos de una operación determinada, y un mayor comercio de minerales y materiales. ^{[ 21 ]}

A medida que las nuevas tecnologías radicales impactan cada vez con mayor fuerza el mundo de los materiales y minerales, los materiales utilizados tienen cada vez más probabilidades de contar con recursos perpetuos. Ya existen cada vez más materiales con recursos perpetuos y cada vez menos materiales con recursos no renovables o que sean materiales estratégicos y críticos. Algunos materiales con recursos perpetuos, como la sal , la piedra, el magnesio y la arcilla común, se mencionaron anteriormente. Gracias a las nuevas tecnologías, los diamantes sintéticos se han añadido a la lista de recursos perpetuos, ya que se pueden fabricar fácilmente a partir de un trozo de otra forma de carbono. El grafito sintético se produce en grandes cantidades (electrodos de grafito, fibra de grafito) a partir de precursores de carbono como el coque de petróleo o una fibra textil. Una empresa llamada Liquidmetal Technologies, Inc. utiliza la eliminación de dislocaciones en un material con una técnica que supera las limitaciones de rendimiento causadas por las debilidades inherentes en la estructura atómica cristalina. Fabrica aleaciones metálicas amorfas , que conservan una estructura atómica aleatoria cuando el metal caliente se solidifica, en lugar de la estructura atómica cristalina (con dislocaciones) que normalmente se forma durante la solidificación del metal caliente. Estas aleaciones amorfas presentan propiedades de rendimiento mucho mejores que las habituales; por ejemplo, sus aleaciones Liquidmetal de circonio-titanio son un 250 % más resistentes que una aleación de titanio estándar. Las aleaciones Liquidmetal pueden sustituir a muchas aleaciones de alto rendimiento. ^{[ 22 ]}

La exploración del fondo oceánico en los últimos cincuenta años reveló nódulos de manganeso y nódulos de fosfato en muchos lugares. Más recientemente, se han descubierto depósitos de sulfuro polimetálico y actualmente se están depositando "lodos negros" de sulfuro polimetálico desde "chimeneas negras" ^{[ 23 ]} La situación de escasez de cobalto de 1978 tiene ahora una nueva opción: recuperarlo de los nódulos de manganeso. Una empresa coreana planea comenzar a desarrollar una operación de recuperación de nódulos de manganeso en 2010; Los nódulos de manganeso recuperados tendrían un promedio de 27% a 30% de manganeso , 1,25% a 1,5% de níquel, 1% a 1,4% de cobre y 0,2% a 0,25% de cobalto (grado comercial) ^{[ 24 ]} Nautilus Minerals Ltd. planea recuperar material de grado comercial con un promedio de 29,9% de zinc, 2,3% de plomo y 0,5% de cobre de depósitos masivos de sulfuro polimetálico en el fondo del océano utilizando un dispositivo submarino similar a una aspiradora que combina algunas tecnologías actuales de una manera novedosa. Tech Cominco Ltd. y Anglo-American Ltd., empresas internacionales líderes en el mundo, se asocian con Nautilus. ^{[ 25 ]}

También existen otras técnicas de minería robótica que podrían aplicarse bajo el océano. Rio Tinto utiliza enlaces satelitales para permitir que trabajadores a 1500 kilómetros de distancia operen plataformas de perforación, carguen el material, extraigan el mineral y lo depositen en cintas transportadoras, y coloquen explosivos para posteriormente dinamitar la roca y la tierra. De esta manera, la empresa puede mantener a los trabajadores fuera de peligro y, además, emplear menos personal. Esta tecnología reduce los costos y compensa la disminución del contenido de metales en las reservas de mineral. ^{[ 26 ]} Por lo tanto, se puede obtener una variedad de minerales y metales de fuentes no convencionales con recursos disponibles en grandes cantidades.

Finalmente, ¿qué es un recurso perpetuo? La definición de ASTM para un recurso perpetuo es "aquel que es prácticamente inagotable en una escala de tiempo humana". Entre los ejemplos que se dan se incluyen la energía solar, la energía mareomotriz y la energía eólica, ^{[ 27 ]} a las que se deben añadir la sal, la piedra, el magnesio, los diamantes y otros materiales mencionados anteriormente. Un estudio sobre los aspectos biogeofísicos de la sostenibilidad propuso una regla de práctica prudente según la cual una reserva de recursos debería durar 700 años para lograr la sostenibilidad o convertirse en un recurso perpetuo, o, en el peor de los casos, 350 años. ^{[ 28 ]}

Si un recurso que dura 700 años o más es perpetuo, uno que dura entre 350 y 700 años puede considerarse un recurso abundante, y así se define aquí. El tiempo durante el cual se puede recuperar un material depende de las necesidades humanas y de los avances tecnológicos desde la extracción hasta la eliminación final, pasando por el ciclo de vida del producto, además de la reciclabilidad del material y la disponibilidad de sustitutos adecuados. En concreto, esto demuestra que el agotamiento no se produce hasta que estos factores se debilitan y se manifiestan: la disponibilidad de sustitutos, el alcance y la viabilidad del reciclaje, una fabricación más eficiente del producto final de consumo, productos de consumo más duraderos y de mayor vida útil, e incluso otros factores.

La información y las directrices más recientes sobre los tipos de recursos que deben tenerse en cuenta se encuentran en la Guía de recursos actualizada.

Los recursos perpetuos pueden transformarse en paleorrecursos. Un paleorrecurso es aquel que tiene poca o ninguna demanda del material extraído; un material obsoleto que los humanos ya no necesitan. El paleorrecurso clásico es el sílex para puntas de flecha ; ya nadie fabrica puntas de flecha o de lanza de sílex, pues es mucho más sencillo fabricar un trozo de chatarra de acero afilado y usarlo. Entre los productos obsoletos se incluyen las latas de conserva, el papel de aluminio, la pizarra de pizarra escolar y el radio en la tecnología médica. El radio ha sido reemplazado por el mucho más económico cobalto-60 y otros radioisótopos en el tratamiento con radiación. El plomo no corrosivo utilizado como revestimiento de cables ha sido reemplazado por plásticos.

La antracita de Pensilvania es otro material donde la tendencia hacia la obsolescencia y convertirse en un paleorrecurso puede mostrarse estadísticamente. La producción de antracita fue de 70,4 millones de toneladas en 1905, 49,8 millones de toneladas en 1945, 13,5 millones de toneladas en 1965, 4,3 millones de toneladas en 1985 y 1,5 millones de toneladas en 2005. La cantidad utilizada por persona fue de 84  kg por persona en 1905, 7,1  kg en 1965 y 0,8  kg en 2005. ^{[ 29 ] [ 30 ]} Compárese esto con las reservas de antracita del USGS de 18.600 millones de toneladas y los recursos totales de 79.000 millones de toneladas; ^{[ 31 ]} la demanda de antracita ha caído tanto que estos recursos son más que perpetuos.

Dado que los recursos de antracita se encuentran en una fase tan avanzada de su vida útil y la demanda ha disminuido drásticamente, ¿es posible que la antracita se convierta en un recurso prácticamente obsoleto? Probablemente, debido a la continua desaparición de clientes (es decir, a la transición a otras fuentes de energía para la calefacción), la red de suministro se debilita, ya que los distribuidores de carbón de antracita no logran mantener un volumen de negocio suficiente para cubrir sus costos y cierran sus puertas. Asimismo, las minas con un volumen de producción demasiado pequeño también cierran. Este es un proceso de retroalimentación positiva: los clientes optan por otras formas de energía más limpias que generan menos contaminación y dióxido de carbono, lo que obliga al distribuidor a cerrar por falta de volumen de ventas para cubrir sus costos. Los demás clientes del distribuidor se ven forzados a cambiar de fuente de energía a menos que encuentren otro distribuidor cercano. Finalmente, la mina de antracita cierra por falta de volumen de ventas para cubrir sus costos.