El esfuerzo de EE. UU. para construir un suministro doméstico de energía limpia a menudo comienza con materiales críticos producidos en países lejanos y geopolíticamente sensibles. Los investigadores del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) contribuyeron recientemente a una serie de informes destinados a asegurar la cadena de suministro de energía limpia de Estados Unidos y minimizar las posibles interrupciones.

Los informes del DOE profundizan en 12 áreas en las que EE. UU. necesita garantizar la disponibilidad de materiales para fuentes de energía limpia, como turbinas eólicas, celdas de combustible y paneles solares. Algunos de estos materiales son minerales de tierras raras que se utilizan en imanes que impulsan turbinas eólicas, por ejemplo, o metales preciosos que se utilizan en baterías para vehículos eléctricos y almacenamiento de electricidad en la red.

EE. UU. necesita un suministro constante y asequible de estos materiales para descarbonizar su economía para 2050. La descarbonización, que incluye reducir a cero el uso de combustibles fósiles, es necesaria no solo para evitar los peores efectos del cambio climático, sino también para reforzar la seguridad energética de la nación. .

Expertos de Argonne, otras agencias federales, laboratorios nacionales del DOE, universidades y el sector privado colaboraron en los informes de evaluación de inmersión profunda de la cadena de suministro, que se produjeron en respuesta a la Orden ejecutiva de 2021 sobre las cadenas de suministro de Estados Unidos. El DOE seleccionó a Argonne por su experiencia en el análisis de la cadena de suministro de tierras raras, tecnologías de baterías, energía de hidrógeno y otras áreas pertinentes.

"Necesitamos un suministro bien diversificado y seguro de materiales críticos para cumplir con nuestros objetivos de descarbonización", dijo Braeton Smith, economista principal de energía en Argonne que dirigió las contribuciones de investigación transversales del laboratorio. "Eso requiere que miremos a través de toda la base industrial de energía para identificar posibles escaseces o interrupciones".

En particular, los investigadores de Argonne dirigieron la investigación y redacción de dos de los informes de la cadena de suministro, "Imanes permanentes de tierras raras" y "Catalizadores metálicos del grupo platino", y contribuciones técnicas para el informe "Competitividad y comercialización de tecnologías energéticas". También proporcionaron información sobre varios otros informes de la serie.

China domina la cadena de suministro global de metales e imanes de tierras raras, controlando el 92 % de la fabricación de imanes en 2020. Los imanes de tierras raras ayudan a impulsar los generadores de turbinas eólicas, especialmente para turbinas en alta mar, y se usan en motores de tracción para vehículos eléctricos. Se espera que la demanda de imanes de tierras raras crezca a medida que EE. UU. continúa expandiendo la energía limpia.

Los científicos de Argonne han encontrado en investigaciones anteriores que las interrupciones en el suministro de tierras raras pueden tener impactos que duran mucho más que un evento a corto plazo, creando aumentos de precios que varían según el material específico. Descubrieron estos patrones usando el modelo Global Critical Materials (GCMat), que se puede usar para simular desarrollos futuros del mercado y anticipar riesgos. GCMat se basa en un método de simulación llamado modelado basado en agentes, donde los "agentes" representan a productores, consumidores y otros actores en un mercado que toman decisiones.

"Se están realizando varios esfuerzos para agregar capacidades de fabricación de imanes y procesamiento de materiales de tierras raras, tanto a nivel nacional como mundial", dijo Matthew Riddle, científico asistente de energía en Argonne. "En los informes, destacamos una variedad de estos esfuerzos para mejorar la resiliencia de la cadena de suministro".

Los metales del grupo del platino, para los cuales EE. UU. depende en gran medida de las importaciones, son agentes catalizadores que hacen que las reacciones químicas ocurran de manera más eficiente. Tanto el platino como el iridio son importantes para producir "hidrógeno verde" para las celdas de combustible al derivar el hidrógeno del agua en lugar del gas natural. El iridio es uno de los metales más raros y no se produce en los EE. UU.

"El problema no se centra necesariamente solo en la extracción de materia prima", dijo Smith. "Estados Unidos también carece de producción intermedia, donde podemos separar y refinar algunos de estos materiales importantes una vez que se extraen".

Los informes del DOE capturan el panorama actual de la cadena de suministro en detalle, identificando riesgos y oportunidades clave. Otro obstáculo son los datos limitados en toda la cadena de suministro.

"Uno de los desafíos para analizar las cadenas de suministro de materiales críticos es la falta de datos disponibles públicamente, particularmente sobre los pasos del proceso que ocurren después de que ocurre la minería", dijo Diane Graziano, ingeniera química de Argonne.

El informe de metales del grupo del platino recomendó que EE. UU. recopile información detallada sobre proveedores y fabricantes, lo que podría ayudar a priorizar las inversiones en catalizadores.

Además de impulsar la refinación y fabricación nacional de materiales críticos, otras posibles formas de reforzar la cadena de suministro incluyen encontrar materiales sustitutos más baratos y abundantes y aumentar la capacidad de recuperar y reciclar materiales de baterías al final de su vida útil y otras fuentes.

El informe de competitividad y comercialización analiza las estrategias para llevar tecnologías innovadoras al mercado y mejorar la competitividad de EE. UU. en la industria de la energía limpia. Con ese fin, presenta un marco de análisis económico de seis pasos que incluye pronóstico de demanda, análisis de políticas y análisis de escenarios.

"No es una bola de cristal perfecta. Pero realizar este análisis económico de extremo a extremo de la cadena de suministro, desde la minería hasta el reciclaje, nos ayuda a comprender las posibles fuentes de ventaja competitiva para EE. UU. y cómo mantenerlas", dijo Allison Bennett. Irion, ingeniero de sistemas y director de investigación de la cadena de suministro en Argonne.

Los expertos de Argonne que trabajaron en los informes del DOE como autores y colaboradores, además de Smith, Graziano, Riddle y Bennett Irion, son Matthew Earlam, Chukwunwike Iloeje, Autumn Kaiser, Iain Hyde, Di-Jia Liu y Pingping Sun. + Explora más

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