Criticidad material

Dentro de un iPhone

La criticidad del material es la determinación de qué materiales que fluyen a través de una industria o economía son más importantes para el proceso de producción. Es una subcategoría dentro del campo del análisis de flujo de materiales (MFA), que es un método para analizar cuantitativamente los flujos de materiales utilizados para la producción industrial en una industria o economía. MFA es una herramienta útil para evaluar qué impactos tienen los materiales utilizados en el proceso industrial y qué tan eficientemente los utiliza un proceso determinado.

Los criterios de evaluación de la criticidad de los materiales constan de tres dimensiones: riesgo de suministro, vulnerabilidad a la restricción del suministro e implicaciones ambientales. El riesgo de oferta comprende varios componentes y cambios basados ​​en perspectivas temporales a corto o largo plazo. La vulnerabilidad a la restricción de suministro depende del nivel organizacional (global, nacional y corporativo). ^[1]Esta metodología se desarrolló a partir de un modelo del Consejo Nacional de Investigación de los Estados Unidos y está destinada a ayudar a las partes interesadas a tomar decisiones estratégicas sobre los materiales utilizados en su proceso de producción. En la economía globalizada, la escasez de materiales esenciales en la cadena de suministro industrial es una preocupación creciente. Como resultado, las naciones y otras grandes instituciones están analizando cada vez más la criticidad de un material y buscan minimizar cualquier riesgo, restricción o impacto ambiental asociado con el material. ^[1]

Riesgo de suministro

El riesgo de suministro es una de las tres dimensiones que determinan la criticidad de un material. El riesgo de suministro se puede evaluar a mediano plazo (5 a 10 años, generalmente más apropiado para corporaciones y gobiernos) y a largo plazo (varias décadas, generalmente consideradas por planificadores a largo plazo, futuristas y estudiosos de la sostenibilidad ). El riesgo de suministro consta de tres componentes: geológico , tecnológico y económico ; Social y Regulatorio ; Geopolítico . ^[1] El primer componente se centra en la disponibilidad del suministro del material y los dos últimos se centran en cómo se podría restringir el acceso a ese suministro. Los componentes se evalúan en una escala de 0 a 100 tanto para el riesgo a medio como a largo plazo, y los valores más altos indican un riesgo más alto. Las puntuaciones agregadas arrojan el riesgo de suministro de un material. ^[1]

Geológico, tecnológico y económico

Los componentes geológicos, tecnológicos y económicos del riesgo de suministro se relacionan con las cuestiones más básicas relacionadas con la disponibilidad de materiales; geológicamente, cuánto (material) hay; tecnológicamente, es factible de obtener; y económicamente, es práctico hacerlo. Este componente comprende dos indicadores de igual peso. El primero analiza la abundancia relativa de material que da como resultado un "tiempo de agotamiento" o la cantidad relativa de material que no se ha consumido. ^[1] El segundo es un porcentaje de un material determinado extraído como material complementario o traza extraído como subproducto. Esto se utiliza para comprender las tasas de agotamiento de los materiales consumidos como subproducto de la extracción.

Citando a Graedel et al., "No se debe considerar el resultado como cuánto tiempo pasará hasta que se acabe, sino más bien como un indicador relativo útil del equilibrio contemporáneo entre la oferta y la demanda del metal en cuestión". ^[1]

En la práctica, los aspectos geológicos, tecnológicos, económicos, políticos y otros de la criticidad están interconectados. Por ejemplo, las nuevas tecnologías de exploración pueden alterar la disponibilidad geológica, la escasez puede conducir a precios más altos, lo que a su vez puede promover la innovación tecnológica. ^[2]

Social y regulatorio

Los componentes sociales y regulatorios de un riesgo de suministro de materiales pueden impedir o acelerar el desarrollo de los recursos minerales . ^{[2] Las} regulaciones pueden obstaculizar la confiabilidad del suministro de recursos minerales. Las percepciones sociales sobre los efectos ambientales y socioeconómicos negativos en las comunidades alimentan típicamente estas regulaciones. ^[1]

La criticidad material emplea el índice de potencial de políticas (PPI) y los indicadores del índice de desarrollo humano (IDH) para cuantificar los componentes sociales y regulatorios de la evaluación del riesgo de suministro. ^[1]

Geopolítico

El componente geopolítico del riesgo de suministro de un material tiene en cuenta cómo las decisiones gubernamentales y la estabilidad pueden afectar significativamente la accesibilidad de un material. ^[2] Por ejemplo, las naciones políticamente inestables y devastadas por la guerra presentan un mayor riesgo de restricción de suministro que las naciones pacíficas desarrolladas. La concentración de materiales, la ubicación geográfica, la seguridad, las dificultades socioeconómicas y la estabilidad política se analizan para abordar qué cantidad debe tener en cuenta el componente geopolítico en el riesgo de suministro de un material. ^[1]

Escasez de metales

Los metales se encuentran entre los materiales más importantes para el mundo industrializado , todo, desde la infraestructura hasta los dispositivos electrónicos personales, depende en gran medida de los metales para su producción. Como resultado, la oferta mundial se supervisa y examina cada vez más. Por ejemplo, un estudio reciente analizó los distintos niveles de riesgo para los metales de cobre en todo el mundo. ^[3] Otro estudio encontró que el aumento de la escasez de metales podría alterar el comportamiento industrial típico. ^[4] También señaló que los metales muy concentrados en ciertas áreas geográficas, como el estroncio en China o el grupo del platino en Sudáfrica yRusia ; plantean un mayor riesgo de interrupciones en el suministro. ^[4]

Desde finales de la década de 1990, China ha tenido casi el monopolio de una variedad de metales de tierras raras que se utilizan comúnmente en productos cotidianos. Para sorpresa de la comunidad del comercio internacional de China comenzó a restringir las exportaciones de estos metales en 2009. ^[5] El estadounidense y la Organización Mundial de Comercio de inmediato protestó sin embargo de China no ha cambiado su postura. Este es un gran ejemplo de riesgo de suministro de base geopolítica. Para combatir esta interrupción del suministro, otros países, como Japón , están probando métodos nuevos e innovadores para extraer estos metales de tierras raras. ^[5]

Vulnerabilidad a la restricción de suministro

La vulnerabilidad a la restricción de suministro (VSR) es un índice que nos indica la probabilidad de que un elemento en particular esté restringido debido al uso y la disponibilidad. Lo que evalúa la importancia de un elemento en particular a nivel social, económico y político se puede evaluar en tres niveles organizacionales; nivel corporativo, nacional y global. ^[1]En total, comprende ocho categorías de indicadores para el nivel Corporativo y Nacional, y 4 para el Global. VSR es importante para evaluar cada una de las aplicaciones de uso final significativas de un material por separado. El enfoque actual reconoce que los indicadores pueden ser comunes o específicos para uno o dos. Los tres niveles organizativos utilizan una escala ajustada de 0 a 100, que incluye 4 contenedores, cada uno con un rango de 25 puntos. La cuantificación del VSR se basa en la importancia y la sustituibilidad de los materiales, y la capacidad de innovar se puede incluir en algunos niveles organizativos. ^[1]

Global

VSR a nivel global se centra en el valor intrínseco de un material para la sociedad de un país o países y hasta qué nivel es posible una sustitución. ^[1] No es una evaluación a corto plazo y ninguno de sus indicadores se evalúa como tal. La matriz de niveles globales no incluye tantas categorías como las evaluaciones VSR de nivel corporativo y nacional. Solo son evaluados por la Importancia y Sustituibilidad.

1) Importancia Consiste en un indicador etiquetado como porcentaje de la población que lo utiliza. ^[1]

2) Sustituibilidad Comprende el rendimiento del sustituto, la disponibilidad del sustituto y la relación de impacto ambiental. ^[1]

Nacional

Introducir la vulnerabilidad nacional a la restricción de la oferta: analiza la importancia de un elemento, pero lo hace a través de las industrias nacionales y la población del país . Se evalúa a corto o largo plazo y puede considerarse más intermedio en el tiempo. ^[1]

1) Importancia Compuesto por dos indicadores : importancia económica nacional y porcentaje de población que utiliza el elemento. ^[1]

2) Los indicadores de sustituibilidad son los mismos que a nivel empresarial, excepto que la relación de precios ahora se denomina relación de precios de importancia neta. ^[1]

3) Susceptibilidad Esto ya no se denomina "capacidad de innovar" como se hacía a nivel empresarial. Ahora es “Susceptibilidad” y su indicador ya no es Innovación Corporativa. El enfoque ahora es (1) dependencia de importancia neta (2) índice de innovación global. ^[1]

Corporativo

A nivel corporativo, VSR se utiliza para encontrar la importancia de un elemento con respecto a (1) las líneas de productos actuales de las corporaciones (2) las líneas de productos futuras de las corporaciones; con consideraciones económicas cada uno. (3) Capacidad para innovar. El nivel empresarial se utiliza para reforzar la creencia de que estas empresas innovadoras se están adaptando más rápidamente a las restricciones de suministro. Énfasis en consideraciones económicas. Hay un desarrollo de conjuntos de escenarios variados para que esté disponible una estimación de cómo podrían evolucionar. ^[1]

1) Importancia Dos indicadores: importancia económica nacional y porcentaje de población que los utiliza. ^[1]

2) Sustituibilidad La sustituibilidad evalúa (1) Desempeño de sustitutos (2) Disponibilidad de sustitutos (3) Ración de impacto ambiental (4) Ración de precios. Evalúa las posibles implicaciones de un material o metal alternativo en caso de que el que se tenga a mano tenga un mayor impacto ambiental o sea escaso. ^[1]

3) Capacidad para innovar Una corporación que usa recursos naturales depende de ese recurso y una interrupción en su suministro puede afectar los ingresos y la participación de mercado. La capacidad de un competidor para encontrar un medio de extracción sustituto o más eficiente podría superar a una corporación. ^[1]

Toyota vs Ford y litio

Batería de iones de litio

El litio se utiliza en Toyota y Ford coches coche eléctrico baterías. El litio es un elemento energético crítico (ECE) y un recurso no renovable . Se necesitan aproximadamente 100 veces más litio en una batería de automóvil eléctrico que en una batería estándar de computadora portátil. ^[6] A medida que la sociedad intenta reducir el uso de combustibles fósiles mediante el uso de vehículos eléctricos, el litio estará sujeto a una mayor demanda.

A nivel corporativo, el litio debe evaluarse en términos de su importancia para la empresa y ver hasta qué punto se puede reemplazar en los productos de la empresa. Tanto las baterías actuales como las más usadas de Ford y Toyota en los autos eléctricos son baterías de iones de litio . El gerente senior de investigación de almacenamiento de energía de Ford Motor Company declaró: “Hay límites previstos para la tecnología de iones de litio”, esto se indicó en coordinación con un gráfico que estima un número decreciente para 2017. [1] . De acuerdo con la estrategia corporativa de tecnología ambiental de Toyota, "Como Toyota anticipa el uso generalizado de vehículos eléctricos en el futuro, hemos comenzado a investigar para desarrollar baterías secundarias de próxima generación con un rendimiento que supere con creces el de las baterías de iones de litio". ^[7]

Mina de litio, Salar del Hombre Muerto, Argentina

A nivel nacional, los países productores de litio deben considerar sus políticas nacionales de litio. Los principales países productores de litio incluyen a Bolivia , Chile , Argentina , Afganistán y el Tíbet . ^[6] La alta demanda de litio podría generar grandes ingresos en estas naciones ricas en recursos: una tonelada de litio se puede vender entre $ 4500 y $ 5200, y el litio más puro que se usa en baterías se vende en el límite superior de ese intervalo. La reserva actual de Bolivia se estima en alrededor de 100 millones de toneladas. ^[8] En comparación, el valor de mercado actual de una tonelada de zinc es de aproximadamente $ 2670. ^[9]

Finalmente, a nivel mundial, los países altamente desarrollados son los que extraen recursos y llevan la industria a los países más pobres. En términos de la población que utiliza litio, hay una cantidad relativamente grande de personas que utilizan litio, y la tecnología abarca un gran porcentaje de nuestras interacciones y actividades en el mundo. Con algunas aldeas en África que operan más teléfonos celulares que baños, es razonable estimar que un gran porcentaje del mundo usa litio y predecir que el uso de material aumentará a medida que crezca la industrialización y la dependencia tecnológica. ^[10] En términos del uso de litio de Toyota y Ford, es importante señalar que a partir de 2005, la producción mundial de zinc-aire podría producir suficientes baterías de zinc-aire.para alimentar mil millones de vehículos eléctricos, y las reservas de litio solo podrían alimentar diez millones de vehículos propulsados ​​por iones de litio [2] .

Implicación ambiental

Mina de cobre

La carga que diversos materiales imponen al medio ambiente se considera en la criticidad del material. Existen numerosos efectos negativos que los materiales pueden tener en el medio ambiente debido a su toxicidad, las cantidades de energía y agua utilizadas en el procesamiento y sus emisiones al aire, el agua y la tierra. ^[2] El propósito de incluir una evaluación de las implicaciones ambientales es transferir información sobre los impactos potenciales del uso de un material específico a los diseñadores de productos, funcionarios gubernamentales y agencias no gubernamentales. ^[1]

La evaluación de las implicaciones ambientales puede utilizar datos de una fuente como la base de datos Ecoinvent . La base de datos ecoinvent proporciona una puntuación única para el impacto negativo en la salud humana y los ecosistemas en una escala de 0 a 100. El alcance de la partitura es Cradle to Gate . ^[1]

Las implicaciones ambientales también pueden reflejarse en actitudes sociales que pueden representar una barrera para el desarrollo de recursos en forma de objeciones a la extracción. Estas objeciones pueden surgir del temor de cómo el nuevo sitio de extracción podría tener un impacto negativo en las comunidades y ecosistemas circundantes. ^[1] Esta barrera puede afectar la confiabilidad y seguridad de los recursos.

La mejora de la tecnología y la infraestructura en la reutilización del reciclaje y el uso más eficiente de los materiales podrían mitigar algunos de los impactos ambientales negativos asociados con ellos. ^[2] Esto también podría mejorar la confiabilidad y seguridad de los recursos.

Un ejemplo de implicaciones ambientales es la prohibición del plomo (Pb) en muchos productos. Una vez que los funcionarios gubernamentales y los diseñadores de productos se dieron cuenta de los peligros de las políticas líderes del gobierno y de la empresa, comenzaron a prohibir su uso.

Enfoque de criticidad

La criticidad material es un campo de investigación relativamente nuevo. A medida que la actividad industrial global continúa aumentando, una amplia gama de partes interesadas están prestando más atención a la criticidad del material para evaluar cómo los procesos de producción pueden verse afectados y hacerse más eficientes. British Petroleum, ^[11] el Departamento de Energía de Estados Unidos, ^[12] y la Unión Europea ^[13] han establecido procedimientos de revisión para determinar la criticidad del material y cómo afecta su comportamiento. Además, ha habido un creciente cuerpo de estudios académicos en este campo, dirigido por Thomas Graedel de Yale. La criticidad material será un factor esencial en el proceso de producción industrial en el futuro previsible.

Ver también

• Análisis de agroecosistemas
• Metabolismo antropogénico
• Metabolismo industrial
• Evaluación del ciclo de vida
• Factor limitante
• Análisis de flujo de materiales
• Metabolismo social
• Gestión de riesgos de la cadena de suministro
• Sostenibilidad de la cadena de suministro
• Metabolismo urbano

Referencias

1. Graedal, TE; Rachael Barr (2012). "Metodología de determinación de la criticidad de los metales". Ciencia y tecnología ambientales . 46 (2): 1063–1070. Código bibliográfico : 2012EnST ... 46.1063G . doi : 10.1021 / es203534z . PMID  22191617 .
2. Overland, Indra (1 de marzo de 2019). "La geopolítica de las energías renovables: Desmontando cuatro mitos emergentes" . Investigación energética y ciencias sociales . 49 : 36–40. doi : 10.1016 / j.erss.2018.10.018 . ISSN 2214-6296 . 
3. Graedel, TE (2012). "Criticidad de la familia geológica del cobre". Ciencia y tecnología ambientales . 46 (2): 1071–078. Código bibliográfico : 2012EnST ... 46.1071N . doi : 10.1021 / es203535w . PMID 22192049 . 
4. Graedel, TE; L. Erdmann (2012). "¿La escasez de metales impedirá el uso industrial rutinario?" . Boletín MRS . 37 (4): 325–331. doi : 10.1557 / señora.2012.34 .
5. Evans-Pritchard, Ambrose (24 de marzo de 2013). "Japón rompe el dominio de China sobre metales raros con bonanza de lodo marino" . El telégrafo . Consultado el 13 de abril de 2013 .
6. Koerner. La Arabia Saudita del litio https://www.forbes.com/forbes/2008/1124/034.html/
7. Toyota. Progreso de la investigación: baterías secundarias de próxima generación. 2013. "Movilidad" . Archivado desde el original el 7 de abril de 2013 . Consultado el 21 de abril de 2013 . /
8. Bill Moore. Y pensaba que el pico del petróleo estaba muerto y enterrado. 14/4/13 http://evworld.com/blogs.cfm?authorid=209&blogid=1128/
9. Zinc http://www.indexmundi.com/commodities/?commodity=zinc/
10. Nuevo mundo. Hechos de litio. Una nueva era de exploración de minerales en las Américas. Corporación de Recursos del Nuevo Mundo . "Copia archivada" . Archivado desde el original el 10 de junio de 2013 . Consultado el 21 de abril de 2013 . /
11. "British Petroleum" (PDF) . Consultado el 21 de abril de 2013 .
12. "Copia archivada" . El Departamento de Energía. Archivado desde el original el 23 de marzo de 2013 . Consultado el 21 de abril de 2013 .
13. "Materias primas" . Unión Europea . Consultado el 21 de abril de 2013 .

enlaces externos

• Base de datos de Ecoinvent