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de la Revista TIme

Las sociedades modernas serían imposibles sin la producción a gran escala de muchos materiales fabricados por el hombre. Podríamos tener una civilización próspera que proporcionara mucha comida, comodidades materiales y acceso a una buena educación y atención médica sin ningún microchip ni ordenador personal: lo tuvimos hasta la década de 1970, y manejamos, hasta la década de 1990, la expansión de las economías, la construcción de las infraestructuras necesarias y la conexión del mundo por medio de aviones de pasajeros sin ningún teléfono inteligente ni medios de comunicación social. Pero no podríamos disfrutar de nuestra calidad de vida sin el suministro de muchos materiales necesarios para plasmar la miríada de nuestros inventos.

Cuatro materiales ocupan el primer lugar en la escala de necesidad, formando lo que he llamado los cuatro pilares de la civilización moderna: el cemento, el acero, los plásticos y el amoníaco se necesitan en mayor cantidad que otros insumos esenciales. Actualmente, el mundo produce anualmente unos 4.500 millones de toneladas de cemento, 1.800 millones de toneladas de acero, casi 400 millones de toneladas de plásticos y 180 millones de toneladas de amoníaco. Pero es el amoníaco el que merece la parte superior como material más importante: su síntesis es la base de todos los fertilizantes nitrogenados, y sin sus aplicaciones sería imposible alimentar, a los niveles actuales, a casi la mitad de los casi 8.000 millones de personas de hoy.

La dependencia es aún mayor en el país más poblado del mundo: alimentar a tres de cada cinco chinos depende de la síntesis de este compuesto. Esta dependencia justifica fácilmente que se llame a la síntesis del amoníaco el avance técnico más trascendental de la historia: otros inventos proporcionan nuestras comodidades, conveniencia o riqueza, o prolongan nuestras vidas, pero sin la síntesis del amoníaco no podríamos asegurar la propia supervivencia de miles de millones de personas vivas hoy y por nacer.

Los plásticos son un gran grupo de materiales orgánicos sintéticos cuya cualidad común es que pueden moldearse en las formas deseadas, y ahora están por todas partes. Mientras escribo esto, las teclas de mi ordenador portátil Dell y el ratón inalámbrico que tengo bajo la palma de la mano derecha están hechos de acrilonitrilo butadieno estireno, me siento en una silla giratoria tapizada con un tejido de poliéster, y sus ruedas de nailon descansan sobre una alfombra protectora de policarbonato que cubre una moqueta de poliéster. Pero los plásticos son ahora más indispensables en la atención médica en general y en los hospitales en particular. Ahora la vida empieza (en las salas de maternidad) y termina (en las unidades de cuidados intensivos) rodeada de artículos de plástico fabricados de arriba a abajo con diferentes tipos de PVC: tubos flexibles (para alimentar a los pacientes, suministrar oxígeno y controlar la presión arterial), catéteres, recipientes intravenosos, bolsas de sangre, envases estériles, bandejas y palanganas, cuñas y rieles de cama, mantas térmicas.

La resistencia, durabilidad y versatilidad del acero determina el aspecto de la civilización moderna y permite sus funciones más fundamentales. Es el metal más utilizado y forma innumerables componentes críticos visibles e invisibles de la civilización moderna, desde los rascacielos hasta los bisturíes. Además, casi todos los demás productos metálicos y no metálicos que utilizamos han sido extraídos, procesados, moldeados, acabados y distribuidos con herramientas y máquinas hechas de acero, y ninguna moda del transporte de masas actual podría funcionar sin el acero. El auto promedio contiene unos 900 kilogramos de acero y, antes de la llegada de Covid-19, el mundo hacía casi 100 millones de vehículos al año.

El cemento es, por supuesto, el componente clave del hormigón: combinado con la arena, la grava y el agua, constituye el material más utilizado. Las ciudades modernas están hechas de hormigón, al igual que los puentes, túneles, carreteras, presas, pistas de aterrizaje y puertos. China produce ahora más de la mitad del cemento del mundo y en los últimos años hace en solo dos años la misma cantidad que Estados Unidos durante todo el siglo XX. Otro dato asombroso es que el mundo consume ahora en un año más cemento que durante toda la primera mitad del siglo XX.

Y estos cuatro materiales, tan diferentes en sus propiedades y cualidades, comparten tres rasgos comunes: no son fácilmente sustituibles por otros materiales (desde luego no en un futuro próximo ni a escala mundial); necesitaremos mucho más de ellos en el futuro; y su producción a gran escala depende en gran medida de la combustión de combustibles fósiles, lo que los convierte en fuentes importantes de emisiones de gases de efecto invernadero. Los abonos orgánicos no pueden sustituir al amoníaco sintético: su bajo contenido en nitrógeno y su masa mundial no son suficientes, ni siquiera si se reciclaran todos los estiércoles y residuos de las cosechas. Ningún otro material ofrece tantas ventajas para muchos usos ligeros pero duraderos como los plásticos. Ningún otro metal es tan asequible y resistente como el acero. Ningún otro material producido en masa es tan adecuado para construir infraestructuras fuertes como el hormigón (a menudo reforzado con acero).

En cuanto a las necesidades futuras, los países de renta alta podrían reducir su uso de fertilizantes (comiendo menos carne, desperdiciando menos), y China e India, los dos grandes consumidores, también podrían reducir sus aplicaciones excesivas de fertilizantes, pero África, el continente con la población de más rápido crecimiento, sigue privada de fertilizantes incluso cuando ya es un importador sustancial de comida. Cualquier esperanza de una mayor autosuficiencia alimentaria se basa en el mayor uso de nitrógeno: después de todo, el uso reciente de amoníaco en el continente ha sido inferior a un tercio de la media europea. Se necesitarán más plásticos para ampliar los usos médicos (envejecimiento de la población) e infraestructurales (tuberías) y en el transporte (véase el interior de los aviones y los trenes de alta velocidad). Como en el caso del amoníaco, el consumo de acero tiene que aumentar en todos los países de renta baja con infraestructuras y transportes poco desarrollados. Y se necesitará mucho más cemento para hacer hormigón: en los países ricos para arreglar las infraestructuras decadentes (en EEUU todos los sectores en los que predomina el hormigón, incluidas las presas, las carreteras y la aviación, obtienen un grado D en las evaluaciones nacionales de ingeniería), en los países de renta baja para ampliar las ciudades, las alcantarillas y el transporte.

Además, la transición en curso hacia las energías renovables exigirá enormes cantidades de acero, hormigón y plásticos. No hay estructuras que sean símbolos más obvios de la generación de electricidad “verde” que las grandes turbinas eólicas, pero sus cimientos son de hormigón armado, sus torres, góndolas y rotores son de acero, y sus enormes palas son de resinas plásticas que consumen mucha energía -y son difíciles de reciclar-, y todas estas partes gigantescas deben ser llevadas a los lugares de instalación por camiones (o barcos) de gran tamaño y levantadas por grandes grúas de acero, y las cajas de engranajes de las turbinas deben ser lubricadas repetidamente con aceite. Estas turbinas generarían electricidad verdaderamente ecológica solo si todos estos materiales se hicieran sin ningún combustible fósil.

Los combustibles fósiles siguen siendo indispensables para producir todos estos materiales.

La síntesis de amoníaco usa gas natural como fuente de hidrógeno y como fuente de energía necesaria para proporcionar alta temperatura y presión. Un 85% de todos los plásticos se basan en moléculas simples derivadas del gas natural y del petróleo crudo, y los hidrocarburos también suministran energía para las síntesis. La producción de acero primario comienza con la fundición de mineral de hierro en altos hornos en presencia de coque hecho de carbón y con la adición de gas natural, y el hierro fundido resultante se convierte en acero en grandes hornos básicos de oxígeno. Y el cemento se produce calentando piedra caliza y arcilla molida, pizarra en grandes hornos, largos cilindros metálicos inclinados, calentados con combustibles fósiles de baja calidad como polvo de carbón, coque de petróleo y fuel-oil pesado.

Como resultado, la producción global de estos cuatro materiales indispensables reclama alrededor del 17% del suministro energético total anual del mundo, y genera alrededor del 25% de todas las emisiones de CO2 originadas por la combustión de combustibles fósiles. La omnipresencia de esta dependencia y su magnitud hacen que la descarbonización de los cuatro pilares materiales de la civilización moderna sea un reto poco común: sustituir los combustibles fósiles en su producción será mucho más difícil y costoso que generar más electricidad a partir de conversiones renovables (principalmente eólicas y solares). Con el tiempo, nuevos procesos tomarán el relevo, pero actualmente no hay alternativas que puedan ser desplegadas inmediatamente para desplazar grandes cuotas de las capacidades globales existentes: su desarrollo llevará tiempo.

Tanto la síntesis de amoníaco como la fundición de acero podrían basarse en el hidrógeno en lugar de en el gas natural y el coque. Sabemos cómo hacerlo, pero tardaremos algún tiempo en poder producir cientos de millones de toneladas de hidrógeno verde derivado de la electrólisis del agua usando electricidad eólica o solar (prácticamente todo el hidrógeno actual procede del gas natural y el carbón). La mejor previsión es que el hidrógeno verde suministre el 2% del consumo energético mundial en 2030, muy por debajo de los cientos de millones de toneladas que se necesitarán finalmente para descarbonizar la producción de amoníaco y acero. En cambio, la descarbonización de la producción de cemento solo puede llegar hasta cierto punto usando materiales de desecho y biomasa, y hay que desarrollar y comercializar nuevos procesos para hacer que el cemento no tenga CO2. De forma similar, no hay maneras sencillas de descarbonizar la producción de plástico, y las medidas irán desde las materias primas de las plantas hasta un mayor reciclaje y la sustitución por otros materiales.

Y más allá de estos cuatro pilares materiales, están surgiendo nuevas dependencias de materiales muy intensivas en energía, y los coches eléctricos son su mejor ejemplo Una batería de litio típica de un auto, que pesa unos 450 kilogramos, contiene unos 11 kilogramos de litio, casi 14 kilogramos de cobalto, 27 kilogramos de níquel, más de 40 kilogramos de cobre y 50 kilogramos de grafito, así como unos 181 kilogramos de acero, aluminio y plásticos. El suministro de estos materiales para un solo vehículo requiere el procesamiento de unas 40 toneladas de minerales, y dada la baja concentración de muchos elementos en sus minerales es necesario extraer y procesar unas 225 toneladas de materias primas. ¡Y una electrificación agresiva del transporte por carretera requeriría pronto multiplicar estas necesidades por decenas de millones de unidades al año!

Las economías modernas siempre estarán ligadas a los flujos masivos de materiales, ya sean los de fertilizantes a base de amoníaco para alimentar a la población mundial que aún crece; los plásticos, el acero y el cemento necesarios para las nuevas herramientas, máquinas, estructuras e infraestructuras; o los nuevos insumos necesarios para producir casillas solares, turbinas eólicas, autos eléctricos y baterías de almacenamiento. Y hasta que todas las energías utilizadas para extraer y procesar estos materiales procedan de conversiones renovables, la civilización moderna seguirá dependiendo fundamentalmente de los combustibles fósiles utilizados en la producción de estos materiales indispensables. Ningún diseño de inteligencia artificial, ninguna aplicación, ninguna pretensión de “desmaterialización” venidera cambiará eso.

Adaptado de CÓMO FUNCIONA EL MUNDO REALMENTEde Vaclav Smil, publicado por Viking, un sello de Penguin Publishing Group, una división de Penguin Random House, LLC. Copyright © 2022 de Vaclav Smil.

The Modern World Can’t Exist Without These Four Ingredients. They All Require Fossil Fuels

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