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Mantenernos lejos de Thanatia
Alicia Valero
4 septiembre 2015
Curso de Verano de la UAM. Vivir (bien) con menos. Explorando las sociedades
postpetróleo
Edificio CIRCE / Campus Río Ebro / Mariano Esquillor Gómez, 15 / 50018 ZARAGOZA
Tfno. (+34) 976 761 863 / Fax (+34) 976 732 078 / web: www.fcirce.es / email: circe@fcirce.es
2
Contenidos
1. Hechos conocidos sobre el uso de recursos
minerales
2. La termodinámica como la economía de la materia
3. Thanatia y el segundo principio de la
Termodinámica
4. El segundo principio y la contabilidad de recursos
minerales
5. Reflexiones finales
3
1. HECHOS CONOCIDOS
4
Nuevos materiales para la Economía “Verde”
Economía Verde o economía multicolor?

Tecnologías IC  PGM, Au, Sn, Nb, Ta

Biomasa P

EólicaImanes permanentes Nd, Dy, Pr, Sm y Co

Fotovoltaica  In, Te, Ga, Ge, As, Gd

Lámparas de bajo consumo y pantallas : Y, Eu, Tb, In,Sn

Baterías  Ni, Mn, Co, Cd, La, Ce, Li

Turbinas de altas prestaciones  Co, Nb, V, Re

Automóviles eléctricos  La, Imanes permanentes,

SOFC H2  Pt, Pd

Catalizadores  Pt, La, Ce

Ce para pulir discos duros.

Nuclear  In, Hf, Re, Zr, U
6
Consumo exponencial de minerales
Source: A. Valero and A. Valero (2014) . Thanatia: the Destiny of the Earth’s mineral resources. World Scientific Publishing
7
Las leyes minerales están decreciendo
Decrecimiento de leyes en recursos australianos
2,600
40
Copper (%Cu)
(Ag, 1884 - 3,506 g/t)
Gold (g/t)
2,275
35
Zinc (%Zn)
30
U3 O 8 )
(kg/tU3O8)
Uranium (kg/t
1,950
Nickel (%Ni)
25
Diamonds (carats/t)
1,625
Silver (g/t)
20
1,300
15
975
10
650
5
325
0
1840
0
1855
1870
1885
1900
1915
1930
1945
1960
1975
1990
2005
Source: Mudd, G. The Ultimate Sustainability of Mining – Linking Key Mega-Trends with 21st Century Challenges
Sustainable mining conference, 2010
Ore Grade (Ag)
Ore Grades (Cu, Pb, Zn, Au, Ni, U, Diamonds)
Lead (%Pb)
… Pero muy poco se recicla
Source: Graedel et al. (2011) What Do We Know About Metal Recycling Rates? Journal of Industrial Ecology, 15, 355-366
Uncaso
2% de del
aumento
en la demanda anual implica duplicar la
El
aluminio
extracción cada 35 años =extracción histórica


Las tasas de reciclado están aumentando. Pero la
demanda aumenta a una tasa incluso superior!
El reciclaje no es suficiente
Source: Gerber (2007): Strategy towards the red list from a business perspective
From availability to accessibility - insights into the results of an expert workshop on ``mineral raw material scarcity''
10
En resumen…




11
La demanda de todos los elementos
(especialmente los críticos) está
aumentando exponencialmente.
Las leyes minerales están decreciendo
exponencialmente.
El reciclado es demasiado bajo para casi
todos los elementos.
Incluso reciclando el 100%, no se llegaría a
satisfacer la demanda.
Cuestiones…

12
¿Cómo es posible que no exista una
contabilidad global para la degradación de los
minerales críticos y valiosos del planeta?

¿Cómo puede ayudar la Termodinámica a
entender el problema del agotamiento
mineral?
13
2. LA TERMODINÁMICA
COMO LA ECONOMÍA DE LA
MATERIA
14
Nicholas Georgescu-Roegen y el Segundo Principio

“The Entropy Law itself emerges as the most economic in nature
of all natural laws... the economic process and the Entropy Law
is only an aspect of a more general fact, namely, that this law
is the basis of the economy of life at all levels. . ."
N. Georgescu-Roegen. The Entropy Law and the Economic Process (1971)
Sin embargo el segundo
principio sólo se usa de
forma metafórica. Las
ideas nunca se convierten
en números!
Entrevista de A. Valero con N. Georgescu-Roegen en 1991
http://habitat.aq.upm.es/boletin/n4/aaval.html
Principios termodinámicos vs. Económicos
15
Primer principio:
El dinero puede imprimirse de la nada, los kWh no!
Corolario: El dinero no es un indicador de agotamiento
apropiado.
Segundo principio:
La actividad puede generar beneficios, pero siempre
destruye recursos (irreversibilidad)
Corolario: En un planeta con recursos limitados, un
crecimiento infinito es imposible.
Algunas ideas básicas de Termodinámica
Exergía
La pelota desciende
irreversiblemente
hasta que alcanza el
estado de equilibro –
estado muerto.
Estado muerto
17
Algunas ideas básicas de Termodinámica

Un río, un glaciar, una mina tiene exergía,
¿pero respecto a qué?
18
19
3. THANATIA Y EL
SEGUNDO PRINCIPIO DE
LA TERMODINÁMICA
THANATIA como posible estado muerto de los
recursos minerales



Suponeros que imaginamos un posible estado de
la Tierra, donde todos los recursos minerales
comerciales se hubiesen extraído y dispersado.
Llamémoslo Thanatia del griego “θάνατος”
representando la muerte (estado muerto)
Cuál sería la composiciión de la corteza?
20
21
El modelo Thanatia: la tierra crepuscular
Name
Abundance,
Name
mass %
Abundance,
Name
mass %
Abundance,
mass %
8,05E-05
Helvine/ Helvite
6,96E-03
Forsterite
2,29E+01
Quarz corteza de Thanatia
La
7,88E-05
Strontianite
6,82E-03
Hedenbergite
1,35E+01
Albite
Dispersed Tb
6,64E-03
Chalcopyrite
1,19E+01
Oligoclase

La corteza continental
superior puede
aproximarse
a la 7,00E-05
6,94E-05
Perovskite
6,62E-03
Phlogopite
1,18E+01
Orthoclase
Tridymit
5,99E-03
Witherite
5,46E+00
Andesine
composición mineralógica
media de 5,75E-03
la tierra.
Compuesta 6,30E-05
por los
4,95E-05
Cryolite
Pentlandite
3,96E+00
Paragonite
4,72E-05
Sulphur
5,57E-03
Cordierite
3,82E+00
Biotite
alrededor
de
300
minerales
más
comunes.
4,55E-05
Orpiment
4,90E-03
Pyrolusite
3,03E+00
Hydromuscovite/ Illite
4,21E-05
Brookite
4,77E-03
Fayalite
3,00E+00
Augite
o Todos
los 2,63E+00
recursos
se han extraído4,46E-03
y dispersado
4,04E-05
Eudialyte
Anatase
(Fe)
Hornblende
4,03E-05
Carnallite
4,35E-03
Francolite
2,50E+00
Labradorite
3,70E-05
Xenotime
4,30E-03
Tourmaline
Nontronite
o Todos los 1,93E+00
combustibles
se
han
quemado
3,62E-05
Dawsonite
4,05E-03
Orthite-Ce / Allanite
1,24E+00
Opal
Ripidolite
Almandine
Muscovite
Sillimanite
Epidote
Kaolinite
Calcite
Magnetite
Riebeckite
Beidellite
Ilmenite
Titanite
Clinochlore
Sepiolite
Aegirine
1,20E+00
1,04E+00
1,01E+00
9,97E-01
9,06E-01
8,36E-01
8,00E-01
7,95E-01
5,74E-01
5,10E-01
4,71E-01
4,46E-01
4,37E-01
3,48E-01
3,04E-01
Lepidolite
Gedrite
Beryl
Pyrophyllite
Rhodonite
Magnesite
Chloritoid
Ilmenorutile
Ulexite
Diadochic Ce
Jacobsite
Clementite
Kernite
Bastnasite
Colemanite
3,99E-03
3,23E-03
3,22E-03
3,22E-03
3,04E-03
3,02E-03
3,00E-03
2,96E-03
2,92E-03
2,83E-03
2,72E-03
2,64E-03
2,61E-03
2,54E-03
2,46E-03
Wolframite
Dispersed Lu
Dispersed Tm
Stibnite
Copper
Cerussite
Blomstrandite/ Betafite
Sodalite
Britholite
Ferrotantalite
Ramsayite/ Lorenzenite
Anglesite
Greenockite
Chondrodite
Axinite -Fe
3,21E-05
3,10E-05
3,00E-05
2,75E-05
2,48E-05
2,21E-05
2,05E-05
1,98E-05
1,71E-05
1,58E-05
1,24E-05
1,16E-05
1,16E-05
1,12E-05
1,10E-05
Source: Valero D., A.; Valero, A. & Gómez, J. B. The crepuscular planet. A model for the exhausted continental crust Energy, 2011, 36, 694 – 707;
Valero, A.; Agudelo, A. & Valero D., A. The Crepuscular Planet. Part I: A model for the exhausted atmosphere Proceedings of ECOS 2009, 2009
La exergía de los recursos minerales
22
Exergy
Technosphere
Current Earth with
mineral deposits
Earth’s evolution
Thanatia
Thanatia, constituiría el punto inicial para evaluar la pérdida de
capital mineral de la Tierra!
Zero Exergy
23
¡Nos estamos aproximando hacia Thanatia!
24
4. Aplicaciones del 2º
Principio para la evaluación
de los recursos minerales
25
CUNA A LA TUMBA
Coste real: exergía incorporada
Solar
energy
Services or
products
Exergy
Exergy
¿Cuánto costaría producir un
determinado producto desde
Thanatia?
NATURE/CRADLE
Resources
Life cycle of a
product
Emissions
Residues
Abatement
processes
Wastes
Effluents
Emissions
Replacement processes
Exergy
TUMBA A LA CUNA
Coste oculto: Coste exergético de reposición
THANATIA/
GRAVE
Aplicación Nr. 1: Rareza termodinámica
Exergy (kJ)
26
Thanatia
Cuanto másUnattainable
escaso y más difícil
mining
sea extraer unLandfills
mineral, mayor es su
(Urban
rareza y mayor
mining)es la pérdida de
riqueza mineral Mines
cuandoPostse haya
(Commercial
beneficiation
extraction)
dispersado. (Ore
Thermod.
Rarity
Natural
Bonus
Concentration)
Mine to
market cost
x=0
xC
xL
xM
xB
x=1
Ore grade
27
Rareza termodinámica de algunos elementos. En
construcción
H
He
Li
Be
558
260
Na
Mg
47
K
Ca
1,227
3
Rb
Sr
Cs
Fr
Sc
B
C
N
O
F
Ne
Al
Si
P
S
Cl
Ar
638
1
1
Se
Br
Kr
I
Xe
Ti
V
Cr
Mn
Fe
Co
Ni
Cu
Zn
Ga
Ge
As
23
1,191
5
16
18
10881
776
139
26
754,828
24,247
409
Nb
Mo
Tc
Ru
Rh
Pd
Y
Zr
1,357
1,393
Ba
La
Hf
39
336
Ra
Ac
Rf
1,043
Ta
W
Re
485,910
7,642
103,087
Db
Sg
Bh
Hs
Mt
Uun
Pm
Sm
Eu
Ce
Pr
Nd
620
873
670
Th
Pa
U
1,090
>10,000 GJ/t
10,000-1,000 GJ/t
1,000-100 GJ/t
<100 GJ/t
Os
Ir
Pt
Ag
Cd
In
Sn
Sb
Te
8,652
6,162
363,917
442
445
2,825,065
Tl
Pb
Bi
Po
At
Rn
37
493
Au
Hg
691,420
28,455
Uuu
Uub
Uut
Uuq
Uup
Uuh
Uus
Uuo
Gd
Tb
Dy
Ho
Er
Tm
Yb
Lu
Bk
Cf
Es
Fm
Md
No
Lr
4,085
Np
Pu
Am
Cm