El papel del neodimio en la generación eólica

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Queridos lectores,

Hace unos días tuvimos una viva discusión en el blog "Falacias ecologistas", que mantiene Alb. En un post reciente, Alb se dedicaba a analizar el que sobre la viabilidad de la energía eólica escribió Rafael Íñiguez en este mismo blog, discutiendo sobre todo la falta de rigor de las fuentes empleadas para justificar los argumentos presentados. En la sección de comentarios yo, tras darle la razón a Alb en ciertos aspectos, expuse cuáles de sus argumentos no me parecían convincentes, y allá surgió una interesante discusión sobre el papel del neodimio en los aerogeneradores más potentes de nueva generación. He estado recopilando un poco de información sobre el tema y me parece un momento interesante para presentarla dentro del marco de una discusión más general sobre el papel futuro de la energía eólica, que desarrollaré en este post (dedicado al neodimio), el siguiente (dedicado a explicar nuestro reciente artículo científico aparecido en Energy Policy sobre una propuesta de mix 100% renovable) y el último de la serie (en el que analizaré brevemente los límites del potencial eólico de la Tierra).

Xavier Cugat, un blogero español de referencia en las discusiones sobre energías renovables se quejaba recientemente de una falacia que, según él, se está propagando repetidamente en los últimos tiempos contra las energías renovables: su dependencia en las tierras raras. En su artículo (un interesante resumen sobre los diversos sistemas de aerogeneradores) Xavier Cugat argumenta que en la actualidad los aerogeneradores basados en imanes permanentes (que, como veremos, requieren para su fabricación de tierras raras) representan tan sólo el 10% de todo el parque eólico mundial, y que en realidad tal tecnología no es imprescindible. Concluye que el uso de esta tecnología responde a razones meramente comerciales y que la idea de que las tierras raras puedan suponer una limitación a la expansión de la energía eólica es completamente errónea. Desgraciadamente las cosas no son tan simples.

Quiero dejar claro en primer lugar que estoy de acuerdo con muchas de las afirmaciones del artículo de Xavier Cugat. En particular, que el uso de tierras raras no es imprescindible para la explotación de la energía eólica (como comentaremos en el siguiente post de esta serie) y que ciertamente hay un ataque desde determinados círculos a las energías renovables que ha encontrado en este argumento un filón argumentativo (como muestra, este "Boletín de los científicos atómicos" americano titulado "El mito de la energía renovable", en inglés). Sin embargo, el uso de sistemas de transmisión directa con imanes permanentes en aerogeneradores obedece a algo más que razones puramente comerciales. Un aerogenerador con tal sistema, como explica Xavier Cugat, no necesita de una caja de cambios y por tanto es un 50% más ligero, lo cual resulta más que conveniente cuando se habla de aerogeneradores de hasta 10 Mw de potencia instalada, ya que el diseño y dificultad de ejecución de la estructura de soporte depende de cuánta carga tenga que soportar. En suma, en tanto en cuanto el precio de los imanes permanentes se mantenga moderado la opción de la transmisión directa e imanes permanentes es más económica. Pero además, como explica este artículo, hay otro factor más a tener en cuenta. Un generador con caja de cambios tiene 12 piezas móviles, que tienden a desgastarse rápidamente con el tiempo por defectos en el ajuste y por la turbulencia del viento, y tanto más si estamos hablando de grandes aerogeneradores como los que se instalan offshore (en el mar, lejos de la línea de costa); el artículo comenta como Vestas, líder mundial, ha tenido que reemplazar 30 turbinas del campo eólico marino de Kentish Flash tras sólo dos años de operación. Las operaciones de reparación y mantenimiento en el mar son bastante más costosas que en tierra firme, lo cual favorece a los sistemas con menos piezas mecánicas, y adicionalmente la transmisión directa disipa menos calor debido al hecho de que no hay piezas en fricción (y se evitan así embarazosos incendios del aceite lubricante, que llevan a la destrucción del aerogenerador). Por tanto, más allá de las razones comerciales el uso de la transmisión directa es económicamente aconsejable en el caso de las instalaciones de alta potencia y/o en el mar.


Instalar grandes generadores no es ni mucho menos una idea disparatada y minoritaria; hace un año comentábamos un informe de la Agencia Europea del Medio Ambiente titulado "Potencial eólico on-shore y off-shore de Europa" (en inglés) en el cual se establece explícitamente que el objetivo para 2030 es que la tecnología permita construir rutinariamente aerogeneradores de 10 Mw de potencia instalada (auténticos monstruos de casi 200 metros de alto, para ser instalados en alta mar, donde el viento sopla más constante). Así pues, este tipo de diseño es el que se está promoviendo desde las instancias políticas e industriales, y por tanto el problema no es la explotación de la energía renovable en sí, sino el modelo de explotación que se le pretende dar, que es esencialmente pro-BAU (lo cual sabemos ya que es simplemente inviable). El por qué de este diseño tiene más que ver con la priorización de los esquemas de generación centralizada, más fáciles de controlar por unos pocos agentes económicamente poderosos, que con la viabilidad económica y societaria a largo plazo. Se da por tanto la paradoja de que puede ser que se esté impulsando un modelo de explotación que acabará por no ser viable. Peor aún, tal modelo podría estar dificultando y hasta imposibilitando la implantación de un modelo de generación renovable tan necesario para un futuro no tan lejano, pues sus necesidades de capital son muy grandes y el retorno económico final dudoso y sometido a las fluctuaciones de precios de las materias primas y la energía, lo que a la postre proporciona a los detractores de la energía renovable de valiosos argumentos en contra.


No hemos discutido aún el papel del neodimio en todo esto. El neodimio interviene en la fabricación de un determinado tipo de imán permanente, el de la aleación de neodimio-hierro-boro, que es el que se emplea en los imanes permanentes más usados hoy en día (aunque no son los únicos ni tampoco los más eficientes en todas las aplicaciones). Dadas sus excelentes propiedades, en particular su resistencia a la desmagnetización, este tipo de imanes es el que se está usando mayoritariamente en los sistemas de transmisión directa. El factor más limitante para la fabricación de estos imanes es el neodimio. De acuerdo con el informe "Critical Rare Earths:Global supply & demand projections and theleading contenders for new sources of supply" del especialista Gareth Hatch (informe del cual pueden conseguir una copia tras registrarse) se producen en el mundo hoy en día unas 20.000 toneladas anuales de óxido de neodimio (lo cual equivale a unas 17.000 toneladas de neodimio metálico). El propio informe contempla de que dadas las predicciones de oferta y demanda, teniendo en cuenta diversos escenarios de producción en China y en el resto del mundo y su demanda estimada habrá un cierto déficit de neodimio a escala global hasta 2013 como mínimo o hasta 2016 como máximo, todo lo demás yendo bien. En la misma línea de señalar el déficit que hay de neodimio (y de otras tierras raras) tenemos las predicciones de una reconocida consultora en metales y minerales, Roskill; su preciado informe anual sobre tierras raras (vale casi 6.000 euros) es una fuente de referencia en el análisis de la oferta y demanda de estos materiales. No tengo el informe original (no puedo permitirme pagar esa cantidad) pero he podido extraer una gráfica interesante de la edición de 2010 inserto en otro documento de otra compañía, como muestro a continuación:

El gráfico muestra una demanda insatisfecha de diversas tierras raras (incluyendo el tándem neodimio/praseodimio) bastante considerable para 2015 (de alrededor de un 12%).

Ya discutimos en el post "La guerra de las tierras raras" que la producción de tierras raras no sigue las reglas económicas habituales, puesto que son materiales cuya producción no es escalable económicamente (es decir, aumentar su producción no es una mera cuestión de inversión). De hecho, en una presentación públicamente accesible de Roskill esta cuestión se expresa de una manera meridianamente clara (ver diapositiva 10): "Rare earths are not commodities – in many cases they are customer specific" ("Las tierras raras no son mercancías [económicas o habituales] - en muchos casos dependen completamente del cliente"). La cuestión es que las tierras raras, elementos de número atómico elevado, son trazas de explosiones de novas y supernovas y su concentración siempre es muy diluida. Por ello no hay vetas con elevada riqueza de tierras raras, sino que estos materiales se obtienen reprocesando la ganga de otros depósitos minerales, éstos sí en concentración económicamente rentable, pero por eso mismo la producción de cada tipo de tierras raras depende de la producción del otro mineral al que van asociadas. Si se quisiera explotar las minas directamente para la extracción de tierras raras su precio sería astronómico y no se podrían utilizar. Es por eso que el mercado mundial de tierras raras tiene un valor económico total pequeño, ajustado al volumen real de su producción, y que es el cliente el que fija la cantidad que desea pagar por estos materiales, porque es imposible buscar un equilibrio clásico entre oferta y demanda.


Comentábamos en su día que en este momento China controla en este momento más del 95% de la producción de tierras raras del mundo, entre las explotaciones que controla en su territorio y las que son explotadas por compañías nacionales chinas en otros territorios. Últimamente se habla de que algunas explotaciones en EE.UU. y otros países podrían darle la vuelta a la tortilla y de hecho se prevé que hacia 2015 China "sólo" representaría el 70% de la producción de tierras raras a escala mundial (por ejemplo, se comentan estos proyectos de explotación y las previsiones de evolución en la presentación de Roskill que he enlazado más arriba). Sin embargo, tales proyectos de expansión no tienen su futuro garantizado en absoluto. La explotación de tierras raras, y en concreto la del neodimio, requiere unas tecnologías de extracción y depuración que tienen un coste ambiental muy elevado (incluyendo típicamente balsas de lixiviados), a no ser que se hagan enormes inversiones en contención y remediación ambiental, que hacen la ya dudosa economía de las tierras raras completamente inviable. No es, por tanto, casualidad que China, con una regulación ambiental más laxa, se haya hecho el líder en la producción de estos materiales, que puede así ofrecer a un precio más económico, desbancando a todos sus competidores. Sin embargo, los estragos ambientales de la explotación de tierras raras empiezan a ser una preocupación de las autoridades chinas y por eso han comenzado a restringir su producción y su exportación (y no como motivo de represalia hacia otros países). Es posible que en el futuro China pierda peso relativo en la producción de tierras raras, pero es más probable que esto suceda sobre todo por una caída de la producción total que por un gran aumento de sus competidores, sobre todo si la nueva recesión contrae todos los mercados, el de tierras raras incluidas.


En conclusión, el neodimio es un metal importante para los actuales planes de explotación a gran escala de la energía eólica, principalmente la marina. Sin embargo, la producción de este metal está muy comprometida, con una previsión de escasez en los próximos años dada la demanda que se prevé ahora mismo (a expensas de que la recesión se la lleve al traste, eso sí).


Salu2,
AMT