EN EL LARGO PLAZO ¿Sustituirá el grafeno al cobre? Por Leonardo Suárez - Departamento de Estudios LarrainVial Atributos del grafeno –transparencia, densidad, conductividad eléctrica y térmica, elasticidad, flexibilidad, dureza, resistencia y su capacidad para generar reacciones químicas con otras sustancias– tienen el potencial de generar una nueva revolución tecnológica, superior a la que desencadenó la electricidad en el siglo XIX. Imprimir Enviar Editor Suscripción Revista La Academia Sueca de Ciencias otorgó el Premio Nobel de Física 2010 a los científicos –de origen ruso– Andrei Geim (51) y Konstantin Novoselov (36), por haber aislado el grafeno –“graphene”, uno de los compuestos del carbono– en los laboratorios de la Universidad de Manchester en 2004. La Academia señaló que se le había otorgado el Premio Nobel a Geim y Novoselov “por experimentos innovadores en relación al grafeno, material de dos dimensiones”. Si bien desde antes se sabía teóricamente que este compuesto del carbono podía existir, nadie había logrado aislarlo y sintetizarlo. Más aún, se creía que el grafeno, si se sintetizaba, podía ser inestable. Geim (quien se propuso aislar el grafeno) y Novoselov (quien diseñó un original método para aislarlo) lograron sintetizar el grafeno en 2004 y demostraron que el producto obtenido si era estable. Tan sólo seis años después de aislar el grafeno se les concedió el Premio Nobel por su contribución –lo que es raro, ya que porque por lo general se demoran decenios en reconocer estos aportes científicos– pero la Academia Sueca supo desde un principio que el descubrimiento del grafeno está abriendo una nueva era en la historia de la ciencia, de la tecnología y de la economía mundial. Ahora surge una nueva dimensión del carbono con el aislamiento del grafeno, que promete inducir diversas aplicaciones en todos los campos, que podrían ser infinitas. Cabe destacar que el carbono es un elemento químico tan versátil que es el responsable de los compuestos orgánicos vivos y de la vida humana (originador del ADN), de materiales blandos y baratos como el carbón y el grafito, como también de materiales cristalinos y duros como el diamante. La síntesis del grafeno está llamada a ser la contribución científica más relevante de la historia de la humanidad desde la invención de la rueda y del descubrimiento del ADN, tanto es así que podría abrirse paso a una nueva revolución tecnológica, superior a la que gatilló el surgimiento de internet. ¿Por qué? El grafeno podría usarse en innumerables aplicaciones, alterando la estructura de costos de toda la industria y de los servicios globales, en virtud de las siguientes propiedades: •Conductividad térmica única, superior a la de cualquier otro material. •Conductividad eléctrica tan potente como la del cobre. •Potente elasticidad y dureza. •Resistencia 200 veces superior a la del acero. •Su capacidad para generar reacciones químicas con otras sustancias originaría compuestos de propiedades nuevas, que le darían una aplicación industrial insospechada y de potencial inimaginable. •Es ligero y extraordinariamente flexible. •Tiene un “Efecto Joule” más moderado, o sea, se calienta menos al conducir los electrones. Es más eficiente que el silicio, ya que consume menos electricidad, a l a hora de realizar la misma función. •Es tan transparente y tan denso que ni siquiera el átomo de helio – cuyos átomos son los más pequeños que existen, sin combinar en estado gaseoso– puede atravesarlo. •Otro sinnúmero de propiedades físicas, químicas y electrónicas, que convertirían al grafeno en una fuente de nuevos cambios tecnológicos que abrirían una nueva era. Por ahora, se sabe que el grafeno podría utilizarse como componente de los circuitos integrados. Se estima que la principal aplicación del grafeno sería reemplazar al silicio en muchos transistores y microprocesadores. La IBM ya anunció que había construido microprocesadores y transistores con grafeno. Aún es incierto el alcance, magnitud y diseminación de la revolución tecnológica que originaría el grafeno. Los plazos asociados al cambio tecnológico son una gran incógnita y también lo son las industrias y los servicios que se verían impactadas. Es pertinente señalar decir que el grafeno podría inducir una nueva espiral de crecimiento económico similar a la que generó la revolución industrial en el siglo XIX, la electricidad post guerra de secesión en Estados Unidos o la informática e internet en la segunda mitad del siglo XX. Es el compuesto del siglo XXI. ¿Como el salitre sintético con el salitre natural? En la primera semana de octubre de este año los participantes del mercado del cobre estaban reunidos en su reunión anual en Londres. Los productores estaban eufóricos. Las perspectivas para el mercado no podían ser mejores. Gracias al balance con significativo déficit entre oferta y demanda global –para 2011-2015– se podía esperar varios años de altos precios. Los constructores, los inversionistas en telecomunicaciones y los consumidores industriales de cobre estaban resignados. En medio de este desbordante optimismo, la Academia Sueca anunció el Nobel para Geim y Novoselov por haber aislado el grafeno. El comunicado de la Academia señalaba que: “El grafeno es una forma de carbono. Como material, es completamente nuevo, no sólo es el más delgado –su ancho tiene la dimensión de un átomo– sino que también es el más duro y resistente. Como conductor de electricidad rinde tanto como el cobre. Como conductor de calor rinde más que cualquier otro material. Es casi totalmente transparente y muy denso. El carbono, la base de toda la vida en la tierra ha sorprendido una vez más”. Tan sólo algunos participantes de la industria de producción y de consumo de cobre –los más especializados que trabajan en laboratorios y en áreas de desarrollo– sabían de la existencia del grafeno. Es pertinente decir, incluso, que más del 99% de la población mundial –e incluso muchos de los participantes del mercado del cobre– jamás había escuchado la palabra “grafeno”. Sin embargo, la mención de la Academia Sueca de que el grafeno era tan excelente conductor de la electricidad como lo es el cobre alarmó a los especialistas del mercado de productores. Desde entonces, con la más absoluta discreción, proliferaron las llamadas de los actores del mercado cuprífero a científicos y a ingenieros especialistas en tecnología, electricidad y en física cuántica y del estado sólido, con el objeto de verificar el alcance y la magnitud de una eventual sustitución del cobre por el grafeno. Cabe señalar, en todo caso, que el aislamiento del grafeno no se hizo con el objetivo de sustituir al cobre. Simplemente se detectó que el grafeno tiene las propiedades necesarias para sustituir al cobre en la conducción eléctrica que, en principio, se concentraría en los microcircuitos, por la vía de la introducción de los “nanotubos”, uno de los componentes cuasi-unidimensionales del grafeno. En el resto de la conducción eléctrica, la sustitución sería posible, pero faltaría aún más tiempo –¿Decenas de años tal vez? – para concretar las aplicaciones tecnológicas. La pregunta que surgió en Londres y que aún ronda en el mercado es: ¿Hasta que punto el grafeno es una amenaza de sustitución para el cobre? Por ahora, los participantes de la minería del cobre respiran tranquilos porque el déficit global de cobre persistirá en los próximos cuatro años. Además, aún es temprano para determinar el alcance de los cambios tecnológicos en la conducción de la electricidad. Sin embargo, en estos tiempos, los cambios tecnológicos corren rápido. Los productores –y los demandantes– no saben que podría pasar con el consumo global de cobre a partir de diez años más, en medio de la introducción masiva del grafeno. Puede que las aplicaciones del grafeno se concentren en áreas diferentes a la conducción eléctrica –bueno para el cobre– o bien, se desarrolle toda una industria de conductores eléctricos en base al nuevo compuesto del carbono. En el intermedio, podría haber varias combinaciones. Casi el 80% de la demanda global de cobre (15 millones de las casi 19 millones de TM de cobre que se consumen en el mundo) se destina a usos eléctricos de sistemas de potencia o bien a usos electrónicos. De allí surgen las aprensiones respecto de la amenaza de las aplicaciones originadas por el grafeno, que tiene el atributo de ser un excelente conductor eléctrico. Los usos electrónicos del cobre y en los sistemas de potencia y transmisión eléctrica de baja tensión (en transmisión de alta tensión ya fue sustituido por el aluminio) representan la parte medular del consumo de cobre. Hasta ahora, a pesar de ser más barato y liviano, el aluminio no ha sido capaz de penetrar en el mercado del cobre en los usos electrónicos y eléctricos de baja tensión porque es conductivamente menos eficiente y se sobrecalienta. Por otra parte, la fibra óptica, que también surgió en los ‘70 como sustituto en redes telefónicas, tiene aplicaciones limitadas y en muchos usos es muy cara para sustituir al cobre. Los superconductores (otra alternativa de sustitución) no fueron capaces de desarrollar una tecnología que pueda sustituir al cobre en forma eficiente. Por otra parte, el cobre también tiene usos mecánicos tales como las tuberías para agua caliente y el aire acondicionado. En tuberías para agua fría, el cobre está siendo reemplazado por el PVC, que es mucho más barato, aunque los plásticos son estimuladores de la producción de bacterias. En tuberías para agua caliente el cobre aún tiene presencia relevante. Hay desarrollos emergentes para el cobre, tales como los autos híbridos y las jaulas para salmones. En este último caso, se aprovechan las propiedades bactericidas del cobre, lo que lo hace cada vez más demandado desde el punto de vista de la conservación ambiental. La utilización del grafeno como sustituto del cobre orientado a usos mecánicos es aún más incierta, pero el nuevo compuesto es tan versátil que también podría ser posible esa sustitución. En este contexto, los nuevos usos del cobre son mayores a los que su mercado pierde por la actual sustitución. Por lo tanto, en el mediano plazo, la debilidad de la oferta (asociada a la reducción de las leyes minerales y la escasa introducción de nuevos proyectos) y la irrupción de China e India en el mundo con la opción por satisfacer su demanda por infraestructura ha generado expectativas de que se tenga un creciente déficit de cobre en el futuro –aún en medio de la debilidad del consumo en los países desarrollados– lo que ha disparado su precio a niveles históricos, cercanos a US$4/libra. Sin embargo, en el corto plazo, la debilidad puntual de la demanda china podría hacer retroceder al precio a niveles de US$3,60/libra, lo que no impediría que a fines de 2011 el precio del cobre podría alcanzar los US$5/libra. El cobre es un elemento químico –no un compuesto químicamente sintentizable, como lo era el salitre– lo que lo hace más difícil de sustituir. Siempre tendrá múltiples aplicaciones derivadas del cambio tecnológico. Sin embargo, el grafeno es un compuesto de nueva estirpe, cuya aislación parece algo propio de los métodos derivados la “alquimia” científica del siglo XXI. No se trata del aluminio o de la fibra óptica, que no tuvieron la capacidad para penetrar en el feudo del mercado del cobre: la conducción eléctrica. En cambio, el grafeno sí tiene las propiedades necesarias para invadir el mercado del cobre. La pregunta es si la tecnología será capaz de producir grafeno en grandes cantidades –lo que aún es técnicamente inviable– y si se podrían desarrollar redes conductoras de electricidad con grafeno, a un costo inferior al que actualmente requieren las redes de cobre. Aún es temprano para validar estas aprensiones, pero hay razones para vislumbrar que las propiedades del grafeno como conductor eléctrico sí podrían tener el potencial para sustituir al cobre en los usos eléctricos y electrónicos. En 2010, la producción y el consumo global de cobre sería del orden de las 19 millones de TM. Sin introducción del grafeno como sustituto, la producción y el consumo deberían subir a niveles en torno a los 40 millones de TM en 2025. Sin embargo, en presencia de un hipotético escenario en que el grafeno se disemine como eficiente sustituto del cobre, más de la mitad de ese consumo se evaporaría y los precios se irían al suelo, de tal forma que la mayoría de las mineras cerraría. En Chile, gran parte de las mineras de cobre terminarían igual que las de salitre. Sólo sobrevivirían las mineras por debajo de la mediana del cuartil de costos, o bien, las mineras que tienen oro y uranio, como crédito asociado a su calidad de subproducto. Hasta la fecha, a pesar del alza de los precios, no se vislumbraban amenazas de sustitución para el cobre. Sin embargo, el grafeno tiene el potencial de cambiar esta historia. ¿Es el grafeno una amenaza para el cobre, de tal forma que gran parte de la demanda por cobre orientado a la conducción eléctrica se oriente al grafeno? ¿Puede el grafeno convertirse en el sustituto del cobre? ¿En qué plazo? Por ahora, son preguntas sin respuesta, pero muy probablemente, dado el rápido y vertiginoso cambio tecnológico, en diez años más los empresarios mineros tomarán decisiones de inversión en proyectos cupríferos con parte de estas preguntas ya respondidas. También existe el escenario –más positivo– de que el grafeno se introduzca en aleaciones de cobre tan sólo para mejorar su conductividad, lo que mejoraría aún más la demanda por cobre. Lo único que está claro es que el grafeno, de generarse la tecnología para una producción masiva, tendría el potencial de provocar un cambio tecnológico en todos los procesos de producción, que no sólo podría afectar al consumo de cobre, sino también a la estructura de producción de múltiples industrias y servicios, no sólo a la del cobre. Hasta la Primera Guerra Mundial Chile vivía del salitre natural (Nitrato de Sodio y Nitrato Sódico-Potásico) de origen mineral. El auge salitrero post Guerra del Pacífico 1879-1883 originó una boyante economía que duró hasta la Primera Guerra Mundial y, en menor medida, hasta los años ‘20. El salitre se usaba como fertilizante y como insumo para fabricar explosivos. A fines del siglo XIX, se empezaron a desarrollar los primeros compuestos de fertilizantes sintéticos, que en un principio eran muy caros. Sin embargo, en 1908 los químicos alemanes Fritz Haber (Premio Nobel de Química 1918) y Karl Bosch (Premio Nobel de Química 1931) sintetizaron el amoníaco y el salitre sintético a un precio razonable, en lo que se conoce como el proceso Haber-Bosch y lo desarrollaron a partir de la Primera Guerra Mundial. En la medida de que se industrializó este proceso, las economías de escala redujeron el precio del salitre sintético hasta niveles muy inferiores a los que se transaba el salitre natural. Haber recibió el Premio Nobel precisamente por sintetizar el amoníaco, del cual se obtenía el salitre sintético, que rápidamente sustituyó al salitre natural porque era más barato. Consecuentemente, ante la aparición del salitre sintético, la demanda y el precio del salitre natural se derrumbaron. Luego, en 1929-1933 vino la gran depresión y la demanda global por salitre natural simplemente colapsó y nunca se recuperó (la demanda externa por salitre natural cayó al 10% de su nivel pre-crisis). La depresión de la demanda global y de los precios del salitre natural persiste hasta el día de hoy. Últimamente se han descubierto otras aplicaciones del salitre natural, pero de todas formas, ello tan sólo implica una moderada demanda en un contexto que esas minas generan valor agregado porque producen yodo y potasio, mientras que el salitre tan sólo es un subproducto. Pasaron entre 15 y 20 años desde que se descubrió el salitre sintético hasta que este fue comercialmente relevante y pudiese evaporar la demanda por salitre natural. ¿Puede el grafeno provocar el mismo impacto que el salitre sintético ejerció sobre la cuasi desaparición del salitre? Aún es temprano para saberlo. Todavía no está claro cuales podrían ser los costos de producción del grafeno en grandes cantidades, es incierta la forma en que se manifestaría su aplicación como conductor eléctrico y también es incierto el plazo en el cual se desarrollarán masivamente las primeras aplicaciones, las que se concentrarían en los microcircuitos, por la vía de la introducción de los “nanotubos” de carbono. Sin embargo, al revés del aluminio, la fibra óptica o los superconductores, el grafeno sí tiene los atributos necesarios para sustituir al cobre. Lo que no está claro aún es cuál sería el camino del futuro desarrollo tecnológico y si la conducción eléctrica sería uno de esos caminos. Impacto financiero Por ahora, hay miles de físicos e ingenieros de Estados Unidos, Europa, Japón, China y el resto de Asia que se han propuesto desarrollar aplicaciones para usar el grafeno en nuevos procesos de producción y de generación y transmisión de energía. Sin embargo, por ahora, aún no se ha logrado generar el método para producir grandes cantidades de grafeno (que puede generarse a partir del grafito, o bien, de la quema de carbón en una “parrillada”), pero podría ser tan sólo cuestión de tiempo. En este contexto, cabe esperar que aquellos que logren aplicaciones relevantes con el grafeno puedan generar un valor similar al que tuvieron las en los ‘90. Las aplicaciones del grafeno tienen el potencial de cambiar la totalidad de la estructura de costos y de producción de toda la industria, en todos los sectores. Aleaciones de acero, el aluminio y los plásticos, además del cobre, podrían ser sustituidos, o bien, mejorados (en este último caso, la demanda por cobre podría incluso aumentar). También podría esperarse la sustitución del sílice por el grafeno en los microprocesadores. En el caso del cobre, si se llegara a sustituir su uso como conductor eléctrico por compuestos derivados del grafeno, el consumo global y sus precios caerían significativamente, originándose así la reducción forzada de la producción global, al igual que lo que ocurrió con el salitre a partir de la década del ‘20 en Chile. Sólo las minas más eficientes –con subproductos de oro- podrían sobrevivir. Por lo tanto, todavía es temprano para vislumbrar que el grafeno sustituya al cobre en el largo plazo, tal como lo hizo el salitre sintético con el salitre natural. En todo caso, será una amenaza latente a partir de diez años más. Para Chile, las consecuencias políticas, económicas y financieras de una masiva sustitución de cobre por el grafeno serían tanto o más relevantes que la que originó la caída de la demanda por salitre. Muchas minas podrían cerrar. El cobre pasaría a ser tan sólo un producto más de exportación (¿Como es el salitre hoy?). Chile tendría la oportunidad de diversificar su economía, pero la fuente de riqueza se evaporaría. La propensión a gastar los fondos soberanos aumentaría y se incrementarían las pretensiones por cerrar la economía. Después de inducirse una seria apreciación asociada al gasto de los fondos soberanos, los crecientes déficit impulsarían un tipo de cambio muy depreciado. En este contexto, aumentaría el estímulo para que Chile se vuelva a convertir en una economía cerrada con mayor participación estatal. Las turbulencias políticas y sociales serían significativas. O sea, si el grafeno sustituye al cobre, se originaría un gigantesco shock político, económico y financiero en el país. En este contexto, al revés de 1908-1930 en que no se hizo nada para enfrentar la crisis asociada a la reducción de la demanda global de salitre, hoy, tanto el Estado de Chile como los agentes privados tienen el estímulo para prepararse ante los cambios derivados de la eventual caída del consumo global de cobre asociada a la eventual introducción masiva del grafeno en el largo plazo. Hay tiempo para invertir los excedentes del cobre en educación y consecuentemente, en productividad, de tal forma de desarrollar la tecnología y servicios más sofisticados, al estilo “australiano”. Por ahora, este escenario es de economía ficción. Pero es un escenario posible, dentro de un abanico de posibilidades, desde el 2020-2030 en adelante. Más allá de un shock de demanda inducido por China, el grafeno tiene el potencial de generar el shock de oferta más relevante de la historia de la humanidad, que en Chile se exacerbaría, si es que se convierte en un barato conductor eléctrico de aplicación masiva. Por Leonardo Suárez - Departamento de Estudios LarrainVial N. de la R.: MINERÍA CHILENA estima aún es temprano para hablar de este material como reemplazo para el cobre y que será difícil que lo haga por completo en el corto o mediano plazo. Tal como dice en el documento, aún falta por desarrollar su producción industrial y en gran volumen. Para evaluar si es realmente un posible sustito para el cobre habría que saber más sobre su producción y extracción desde el carbón y de qué calidad tiene que ser la materia prima.
Posted on: Wed, 03 Jul 2013 22:06:23 +0000
Trending Topics
Recently Viewed Topics
© 2015