4 de março de 2018

Os metais de tecnologia e o dilema do subproduto

Por Marco Gonzalez


Captação de energia solar com células fotovoltaicas e metais de tecnologia (por ASCOM da prefeitura de Votuporanga)

A palavra "metal" se origina da palavra grega "metallon", que significa mina, escavação ou extração do solo. O metal mais comum na crosta terrestre é o alumínio, embora em toda a Terra o metal mais comum seja o ferro. Mas também há metais não tão abundantes no nosso planeta que têm se tornado cada vez mais essenciais para o nosso bem estar. 

Como os classificamos? O que são metais de tecnologia? Saberemos gerenciar com sabedoria a extração de todos esses metais?

Classificações dos metais

Além das tradicionais classificações dos metais em metais alcalinos, metais alcalino-terrosos, metais de transição, metais de pós-transição e semimetais, há ainda algumas outras:

Metais da antiguidade. São os 7 metais que eram conhecidos desde os tempos medievais. São eles o cobre (conhecido desde 9000 aC), chumbo (6400 aC), ouro (6000 aC), prata (4000 aC), estanho (3000 aC), o ferro (1500 aC) e o mercúrio (1500 aC).


Base de relógio de sol de 1547, em cobre dourado (por Daderot)

Metais preciosos. São menos reativos (praticamente não sofrem oxidação, não cedem elétrons) que os demais metais, têm mais brilho que os metais básicos, são muito dúcteis e possuem elevado ponto de fusão. Também não são facilmente corroídos por ácidos. Um metal precioso possui alto valor econômico devido basicamente a essas propriedades. Em alguns casos, são ou foram usados como moedasSão incluídos na lista de metais preciosos os metais do grupo da platina (platina, paládio, ródio, rutênio, irídio e ósmio), o ouro e a prata. Às vezes entram nesta lista o rênio, o índio e, embora facilmente se oxide, o cobre. São também conhecidos como metais nobres. 

Metais base. São todos os metais que não são preciosos.

Metais menores. Geralmente têm volume de produção relativamente baixo, em comparação com os outros metais, e podem ter aplicações muito restritas ou especializadas. O que determina a classificação ou não de um metal como menor é o custo da sua extração comparado com o retorno que oferece e que depende de sua aplicação. O alumínio, por exemplo, deixou de ser considerado um metal menor quando as pessoas passaram a cozinhar em panelas produzidas com esse metal.

Metais estratégicos. São aqueles definidos como necessários para a estabilidade e a segurança de um país e cuja produção local é limitada.

Metais de tecnologiaSão metais essenciais para a produção de dispositivos de alta tecnologia e sistemas de engenharia. E são também indispensáveis ​​para a tecnologia da energia limpa. É uma classificação recente, a expressão "technology metal" foi cunhada por Jack Lifton em 2007.

Quais são os metais de tecnologia?

A Segunda Guerra Mundial criou usos práticos – relacionados a inovações tecnológicas – para diversos metais. Ou seja, transformou metais, muitas vezes menores, em metais de tecnologia. Durante o pós-guerra esse processo foi mantido com a produção excedente sendo direcionada para uso civil. 

níquel, por exemplo, era considerado um metal menor antes do desenvolvimento comercial do aço inoxidável em 1919, quando métodos econômicos de produção foram implantados.

tungstênio também era considerado um metal menor, mas nos primeiros anos do século XX sua produção aumentou. Os aços de tungstênio passaram a ser utilizados em armaduras militares e o carboneto de tungstênio em ferramentas de corte. 

É possível encontrar diferentes listas de metais de tecnologia. A inclusão ou não de um metal nesta classe depende dos critérios adotados para estabelecer quão significativa e essencial é sua participação em aplicações tecnológicas.

A tabela a seguir considera uma lista apresentada em publicação da EMPA, Technology and Society Laboratory, com 19 metais de tecnologia. O critério adotado para a formação desta lista foi o aumento estimado de demanda decorrente da participação de cada metal em aplicações de alta tecnologia.

Metal
Tecnologia responsável pelo aumento de demanda de 2006 a 2030
antimônio
tecnologias eletrônicas e óticas (ATO - óxido de estanho e antimônio) e micro capacitores
cobalto
Acumuladores de íons de lítio e conversão de carvão, biomassa, resíduos sólidos urbanos para combustível líquido (tecnologia XTL)
cobre
Motores elétricos eficientes e identificadores de radiofrequência (RFID)
cromo
Dessalinização da água do mar e tecnologias marinhas
escândio (terras raras)
Células de combustível de óxido sólido (SOFC), ligas com alumínio
estanho
soldas sem chumbo e eletrodos transparentes
gálio
Células fotovoltaicas de película fina, circuitos integrados e diodos emissores de luz branca (WLED)
germânio
Cabos de fibra de vidro e tecnologias ópticas de infravermelho
índio
Displays e células fotovoltaicas de película fina
ítrio (terras raras)
Supercondutividade em altas temperaturas e tecnologia de laser
neodímio (terras raras)
Ímãs permanentes e tecnologia de laser
nióbio
Micro capacitores e ferroligas
paládio (grupo da platina)
Catálise e dessalinização da água do mar
platina (grupo da platina)
Células de combustível e catálise
prata
Identificadores de radiofrequência (RFID) e soldas sem chumbo
rutênio (grupo da platina)
Células solares sensíveis a corantes, liga com titânio
selênio
Células fotovoltaicas de película fina e ligas metálicas
tântalo
Micro capacitores e tecnologias para a medicina
titânio
Dessalinização da água do mar e implantes
Aumento de demanda por aplicação tecnológica (fonte)

Já a lista publicada pela Technology Metals Research conta com 28 metais de tecnologia. Não são considerados, em relação à anterior, prata, estanho, titânio, cobre, rutênio, nióbio, antimônio e cromo. E são incluídos urânio, cádmio, lítio, bismuto, zircônio, rênio, ródio, háfnio, telúrio e tório, além da maioria dos terras raras (lantânio, praseodímio, samário, európio, gadolínio, térbio e disprósio). 

Dentre os critérios adotados para a formação desta segunda lista foram considerados, além do baixo volume de produção, a participação dos metais como componentes essenciais (i) em eletrônicos miniaturizados e dispositivos associados, (ii) em sistemas e plataformas de armamento avançado para defesa nacional, (iii) em dispositivos para geração de eletricidade usando fontes alternativas (como painéis solares e turbinas eólicas), e (iv) no armazenamento de eletricidade usando células e baterias.

A dependência e o risco

Juntando as duas listas de metais de tecnologia mencionadas anteriormente, resultam os metais (ou grupos) apresentados na próxima tabela com dados sobre dependência por subprodução, reserva globais, índice de risco, principal produtor e país com maior reserva. 

Metal
(ou grupo)
Subproduto principalmente de
Reserva Global em 2017 (t)
Ris-co
Principal produtor
País com maior reserva
terras raras
120.000.000
9,5
China
China
antimônio
chumbo
1.500.000
9,0
China
China
bismuto
chumbo, cobre, prata e estanho
desconhecida
8,8
China
China
gálio
alumínio e cinzas de carvão
desconhecida
8,6
China
*
germânio
zinco e cinzas de carvão
desconhecida
8,6
China
*
índio
zinco
desconhecida
8,1
China
cobalto
níquel e cobre
7.100.000
8,1
R. D. do Congo
R. D. do Congo
grupo da platina
níquel
mais de 100.000
7,6
África do Sul
África do Sul
lítio
16.000.000
7,6
Austrália
Chile
tântalo
nióbio e estanho
mais de 110.000
7,1
Ruanda
Austrália
prata
chumbo, cobre e zinco
530.000
7,1
México
Peru
cádmio
zinco
desconhecida
7,1
China
rênio
molibdênio e cobre
2.500
7,1
Chile
Chile
selênio
cobre, chumbo e prata
100.000
6,9
Japão
China
nióbio
mais de 4.300.000
6,7
Brasil
Brasil
zircônio
titânio
74.000.000
6,4
Austrália
Austrália
cromo
510.000
6,2
África do Sul
Cazaquistão
estanho
4.800.000
6,0
China
China
tório
terras raras
desconhecida
5,7
EUA
urânio
**5.718.400
5,5
Cazaquistão
Austrália
titânio
1.800.000
4,8
Canadá
China
cobre
790.000
4,8
Chile
Chile
háfnio
zircônio
desconhecida
***
Austrália
Austrália
telúrio
cobre
31.000
***
China
China
Dependência por subprodução (fontes 1 e 2), reserva (fonte principal) e risco (fonte, 2015)
* Não há país com predominância de reserva
** (fonte, 2015)
*** índice não medido por não haver volume comercial significativo

Atualmente somos dependentes dos metais de tecnologia devido à produção em massa de bens de consumo viabilizados por inovações tecnológicas. Eles foram adaptados às nossas necessidades ou a eles nos adaptamos pelos mais diversos motivos. 

Esses bens, como por exemplo dispositivos móveis, telas planas, turbinas eólicas e baterias de carros elétricos e de celulares, têm embutido um índice de risco para os metais que utiliza . A British Geological Society elabora periodicamente o que chama de "lista de risco" onde classifica os metais (ou grupos) pelo risco que oferecem ao bom funcionamento de uma economia moderna. 

A tabela acima está ordenada por esse índice de risco. Ele é calculado considerando fatores como abundância na crosta terrestre, localização da reserva, estabilidade política do local produtor e quantidade de países onde se concentra a produção. Quanto mais próximo o índice de zero, menor o risco de interrupção de fornecimento.

Na lista de risco da British Geological Society também são indicados, conforme consta da tabela acima, os principais países produtores e os países onde estão localizadas as maiores reservas de cada metal.

O dilema do subproduto

Os metais da antiguidade, tipicamente com concentrações e produções relativamente elevadas, juntamente com vários metais preciosos, ainda formam a base de qualquer economia desenvolvida. Por outro lado, os metais indispensáveis à tecnologia moderna são encontrados em concentrações relativamente baixas e com produções menores. 

A importância crescente dos metais de tecnologia é acompanhada da preocupação com seu risco de fornecimento. E, além de boa parte desses metais serem recuperados como subprodutos de uma quantidade limitada de depósitos minerais geopoliticamente restritos, como agravante desta preocupação, eles ainda apresentam taxas de reciclagem extremamente baixas. A não ser que inovações tecnológicas (sempre elas) modifiquem este fato ou sejam encontrados substitutos.

Sabemos que diversas aplicações tecnológicas estão relacionadas a necessidades críticas voltadas à saúde dos seres humanos e do próprio meio ambiente. Essas aplicações não se restringem a inutilidades descartáveis propiciadas pelas inovações. Há benefícios de que não podemos abrir mão, como imagens médicas, tecnologias óticas e de laser, energia renovável... 

Assim, surge o dilema do subproduto.

Dilema do subproduto. Dados dois metais A e B, sendo B subproduto de A, tendo a mineração e a produção de A impactos ambientais negativos e tendo B benefícios tecnológicos: ou mantemos os impactos ambientais negativos de A e usufruímos dos benefícios tecnológicos de B, ou evitamos os impactos ambientais negativos de A e perdemos os benefícios tecnológicos de B.

Por exemplo, no caso do selênio como subproduto do cobre, há que se considerar que o selênio é um importante elemento na tecnologia fotovoltaica para tornar mais eficientes os painéis solares que convertem a luz do Sol em eletricidade. Por outro lado, sabemos dos impactos ambientais decorrentes da mineração e da produção do cobre. 

Felizmente, entre um extremo e outro, o bom senso aguarda para ser encontrado. Não tão felizmente, sempre há quem coloque na mesa a alternativa de voltar à idade da pedra lascada ou, na melhor das hipóteses, polida. 

Com bom senso, podemos acompanhar Tauá, no Ceará, Tubarão, em Santa Catarina, Bom Jesus da Lapa, na Bahia, Fernando de Noronha, em Pernambuco, Salvador, na Bahia, Florianópolis, em Santa Catarina, Campínas, em São Paulo, Belo Horizonte, em Minas Gerais, que já têm suas usinas de energia solar. Ou ainda acompanhar Pirapora, em Minas Gerais, e Votuporanga, em São Paulo, que terão, neste ano, o início da operação de suas usinas de energia solar, com células fotovoltaicas, selênio e tudo mais decorrentes dessa tecnologia. 

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