Descansando sobre el escritorio de Thomas Peacock hay una roca marrón de aspecto ordinario. Aproximadamente del tamaño de una papa, ha estado en el centro de décadas de debate. Conocido como nódulo polimetálico, pasó 10 millones de años sentado en el fondo del mar, 15, 000 pies por debajo del nivel del mar. El nódulo contiene níquel, cobalto, cobre, y manganeso, cuatro minerales esenciales para el almacenamiento de energía.

"A medida que la sociedad avanza hacia la conducción de más vehículos eléctricos y la utilización de energías renovables, habrá una mayor demanda de estos minerales, para fabricar las baterías necesarias para descarbonizar la economía, "dice Peacock, profesor de ingeniería mecánica y director del Laboratorio de Dinámica Ambiental del MIT (END Lab). Es parte de un equipo internacional de investigadores que ha estado tratando de comprender mejor el impacto ambiental de la recolección de nódulos polimetálicos. un proceso conocido como minería de aguas profundas.

Los minerales que se encuentran en los nódulos, particularmente cobalto y níquel, son componentes clave de las baterías de iones de litio. En la actualidad, Las baterías de iones de litio ofrecen la mejor densidad de energía de cualquier batería disponible comercialmente. Esta alta densidad de energía los hace ideales para usar en todo, desde teléfonos celulares hasta vehículos eléctricos, que requieren grandes cantidades de energía en un espacio compacto.

"Se espera que esos dos elementos experimenten un tremendo crecimiento en la demanda debido al almacenamiento de energía, "dice Richard Roth, director del Laboratorio de Sistemas de Materiales del MIT.

Mientras que los investigadores están explorando tecnologías de baterías alternativas, como baterías de iones de sodio y baterías de flujo que utilizan celdas electroquímicas, estas tecnologías están lejos de ser comercializadas.

"Pocas personas esperan que alguna de estas alternativas de iones de litio esté disponible en la próxima década, ", explica Roth." Esperar por futuras químicas y tecnologías de baterías desconocidas podría retrasar significativamente la adopción generalizada de vehículos eléctricos ".

También se necesitarán grandes cantidades de níquel especial para construir baterías a mayor escala que serán necesarias a medida que las sociedades busquen cambiar de una red eléctrica alimentada por combustibles fósiles a una alimentada por recursos renovables como la solar, viento, ola, y térmica.

"La recolección de nódulos del fondo marino se está considerando como un nuevo medio para obtener estos materiales, pero antes de hacerlo, es imperativo comprender completamente el impacto ambiental de los recursos mineros de las profundidades del océano y compararlo con el impacto ambiental de los recursos mineros en la tierra, "explica Peacock.

Después de recibir financiación inicial de la Iniciativa de Soluciones Ambientales (ESI) del MIT, Peacock pudo aplicar su experiencia en dinámica de fluidos para estudiar cómo la minería en aguas profundas podría afectar los ecosistemas circundantes.

Satisfacer la demanda de almacenamiento de energía

En la actualidad, el níquel y el cobalto se extraen mediante operaciones mineras terrestres. Gran parte de esta minería se produce en la República Democrática del Congo, que produce el 60 por ciento del cobalto del mundo. Estas minas terrestres a menudo impactan los entornos circundantes a través de la destrucción de hábitats, erosión, y contaminación del suelo y el agua. También existe la preocupación de que la minería terrestre, especialmente en países políticamente inestables, Es posible que no pueda suministrar una cantidad suficiente de estos materiales a medida que aumenta la demanda de baterías.

Se estima que la franja de océano ubicada entre Hawái y la costa oeste de los Estados Unidos, también conocida como Zona de fractura Clarion Clipperton, posee seis veces más cobalto y tres veces más níquel que todas las tiendas terrestres conocidas. así como vastos depósitos de manganeso y una cantidad sustancial de cobre.

Si bien el fondo marino es abundante en estos materiales, poco se sabe sobre los efectos ambientales a corto y largo plazo de la minería 15, 000 pies por debajo del nivel del mar. Peacock y su colaborador, el profesor Matthew Alford, del Instituto Scripps de Oceanografía y la Universidad de California en San Diego, están liderando la búsqueda para comprender cómo las columnas de sedimento generadas por la colección de nódulos del lecho marino serán transportadas por las corrientes de agua.

"La pregunta clave es:si decidimos hacer una pluma en el sitio A, ¿Hasta dónde se extiende antes de que finalmente llueva sobre el fondo del mar? ", explica Alford." Esa capacidad para trazar un mapa de la geografía del impacto de la minería del fondo del mar es una incógnita crucial en este momento ".

La investigación que están llevando a cabo Peacock y Alford ayudará a informar a las partes interesadas sobre los posibles efectos ambientales de la minería en aguas profundas. Un asunto urgente es que la Autoridad Internacional de los Fondos Marinos (ISA) está negociando actualmente un proyecto de reglamento de explotación para la minería en aguas profundas en áreas fuera de la jurisdicción nacional. una organización independiente establecida por las Naciones Unidas que regula todas las actividades mineras en el fondo del mar. La investigación de Peacock y Alford ayudará a guiar el desarrollo de normas y pautas ambientales que se emitirán bajo esas regulaciones.

"Tenemos una oportunidad única de ayudar a los reguladores y otras partes interesadas a evaluar los borradores de regulaciones utilizando nuestros datos y modelos, antes de que comiencen las operaciones y lamentamos el impacto de nuestra actividad, "dice Carlos Muñoz Royo, un doctorado estudiante en el laboratorio END del MIT.

Seguimiento de penachos en el agua

En la minería de aguas profundas, un vehículo de recolección se desplegaría desde un barco. El vehículo recolector luego viaja 15, 000 pies hasta el fondo del mar, donde aspira las cuatro pulgadas superiores del lecho marino. Este proceso crea una pluma conocida como pluma colectora.

"A medida que el recolector se mueve por el fondo del mar, agita sedimentos y crea una nube de sedimentos, o penacho, que se lleva y distribuye por las corrientes oceánicas, "explica Peacock.

El vehículo recolector recoge los nódulos, que se bombean a través de una tubería de regreso al barco. En el barco, los nódulos utilizables se separan de los sedimentos no deseados. Ese sedimento se canaliza de regreso al océano, creando una segunda pluma, conocido como penacho de descarga.

Peacock colaboró ​​con Pierre Lermusiaux, profesor de ingeniería mecánica y de ciencias e ingeniería oceánicas, y Glenn Flierl, profesor de la tierra, atmosférico, y ciencias planetarias, para crear modelos matemáticos que predigan cómo viajan estas dos columnas a través del agua.

Para probar estos modelos, Peacock se propuso rastrear las plumas reales creadas al extraer el suelo del Océano Pacífico. Con financiación del MIT ESI, se embarcó en el primer estudio de campo de este tipo de plumas. Se le unieron Alford y Eric Adams, ingeniero de investigación senior en MIT, así como otros investigadores e ingenieros del MIT, Scripps, y el Servicio Geológico de Estados Unidos.

Con fondos del Programa de Fondos para Buques de la UC, El equipo realizó experimentos en consulta con la ISA durante una expedición de una semana en el Océano Pacífico a bordo del R / V Sally Ride de la Marina de los EE. UU. en marzo de 2018. Los investigadores mezclaron sedimentos con un tinte trazador que pudieron rastrear usando sensores en el barco desarrollado por el grupo Multiscale Ocean Dynamics de Alford. Al hacerlo, crearon un mapa de los viajes de las plumas.

Los experimentos de campo demostraron que los modelos que desarrollaron Peacock y Lermusiaux pueden usarse para predecir cómo viajarán las columnas a través del agua, y podrían ayudar a dar una imagen más clara de cómo la biología circundante podría verse afectada.

Impacto en organismos de aguas profundas

La vida en el fondo del océano se mueve a un ritmo glacial. El sedimento se acumula a razón de 1 milímetro cada milenio. Con una tasa de crecimiento tan lenta, Es poco probable que las áreas afectadas por la minería en aguas profundas se recuperen en un plazo razonable.

"La preocupación es que si existe una comunidad biológica específica del área, podría verse afectado irremediablemente por la minería, "explica Peacock.

Según Cindy Van Dover, profesor de oceanografía biológica en la Universidad de Duke, además de los organismos que viven en o alrededor de los nódulos, otros organismos en otras partes de la columna de agua podrían verse afectados a medida que viajan las plumas.

"Podría haber obstrucción de las estructuras de alimentación del filtro de, por ejemplo, organismos gelatinosos en la columna de agua, y enterramiento de organismos en el sedimento, ", explica." También podría haber algunos metales que ingresen a la columna de agua, por lo que existen preocupaciones sobre la toxicología ".

La investigación de Peacock sobre las plumas podría ayudar a biólogos como Van Dover a evaluar los daños colaterales de las operaciones mineras en aguas profundas en los ecosistemas circundantes.

Redacción de reglamento para la minería del mar

A través de conexiones con el Policy Lab del MIT, el Instituto es una de las dos únicas universidades de investigación con estatus de observador en la ISA.

"La investigación de la pluma es muy importante, y el MIT está ayudando con la experimentación y el desarrollo de modelos de plumas, que es vital para informar el trabajo actual de la Autoridad Internacional de los Fondos Marinos y su base de partes interesadas, "explica Chris Brown, consultor de la ISA. Brown fue uno de las docenas de expertos que se reunieron en el campus del MIT el otoño pasado en un taller sobre los riesgos de la minería en aguas profundas.

Hasta la fecha, La investigación de campo que llevaron a cabo Peacock y Alford es el único conjunto de datos oceánicos sobre penachos de aguas medias que existe para ayudar a guiar la toma de decisiones. El siguiente paso para comprender cómo se mueven las columnas a través del agua será rastrear las columnas generadas por un prototipo de vehículo recolector. Peacock y su equipo en el END Lab se están preparando para participar en un importante estudio de campo utilizando un vehículo prototipo en 2020.

Gracias a la financiación reciente proporcionada por el Proyecto 11th Hour, Peacock y Lermusiaux esperan desarrollar modelos que brinden predicciones cada vez más precisas sobre cómo viajarán las plumas mineras de aguas profundas a través del océano. Continuarán interactuando con colegas académicos, agencias internacionales, ONG, y contratistas para desarrollar una imagen más clara del impacto ambiental de la minería en aguas profundas.

"Es importante contar con la opinión de todas las partes interesadas al principio de la conversación para ayudar a tomar decisiones informadas, para que podamos comprender completamente el impacto ambiental de los recursos mineros del océano y compararlo con el impacto ambiental de los recursos mineros en la tierra, "dice Peacock.

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.