Energía renovable en minería: Una aplicación práctica para las operaciones activas

Históricamente, las minas han usado combustibles fósiles para obtener energía, un procedimiento que resulta muy costoso si se tiene en cuenta el alto precio del transporte y el almacenamiento, por no mencionar la gran cantidad de gases de efecto invernadero que se liberan a la atmósfera, lo cual constituye un gran costo para el entorno natural. Recientemente, varios operadores mineros han establecido objetivos ambiciosos de reducir significativamente las emisiones y buscan lograr operaciones con energía neta cero dentro de los próximos 25 a 30 años. Su estrategia es incorporar tecnologías ecológicas para la generación de energía, así como la capacidad de acumular energía siempre que sea posible y en todas las ubicaciones. La pregunta es: ¿cómo alcanzar ese objetivo?

Las minas del futuro deberán generar cerca de 100 por ciento de la energía que necesiten, ya sea en la mina o en los vehículos, con métodos renovables. Actualmente se están desarrollando muchas tecnologías para ayudarnos a lograr la electrificación masiva de las minas. Esto incluye generación de energía renovable de alta eficiencia, almacenamiento de energía de bajo costo a corto y largo plazo, baterías de alta densidad y vehículos de hidrógeno, generación combinada de calor y energía con tecnologías solares en recinto, y reactores nucleares modulares pequeños (SMR, por sus siglas en inglés).

Uno de los casos de uso más atractivos en este momento es el enfoque de microrred híbrida. Varias minas ya comenzaron a aplicar este método, integrando la generación eólica o fotovoltaica solar con baterías de ion de litio de corta duración. En general, estas configuraciones generan del 10 al 25 por ciento de la necesidad energética total de la mina. En estas microrredes de baja penetración, la microrred sigue siendo controlada por los grupos electrógenos diésel y los métodos renovables solo reducen la carga general de la mina, mientras que las baterías de ion de litio de corta duración se usan para reducir la variabilidad inherente de la generación renovable. Básicamente, las baterías funcionan como una reserva operativa y generarán o almacenarán energía si hay una caída o un aumento significativos en la generación renovable, hasta que el uso de los grupos electrógenos diésel pueda aumentarse o reducirse en forma segura. Este enfoque permite que haya menos grupos electrógenos diésel en línea al mismo tiempo y reduce el consumo de combustible y los costos operativos.

Hoy en día, muchas operaciones mineras se están enfocando en la penetración mediana de energías renovables y buscan obtener entre el 40 y el 60 por ciento de la electricidad total de fuentes renovables. La reducción constante de los costos y la mejora en el desempeño de la generación eólica y solar fotovoltaica, así como las innovaciones que respaldan operaciones confiables en climas extremos, han hecho que estas fuentes de energía se vuelvan más atractivas. Sin embargo, para lograr una alta penetración de la energía renovable, debe modificarse el despacho de grupos electrógenos diésel. La contribución del generador renovable a la microrred es importante y ya no puede tratarse como una simple reducción en la carga. La integración del almacenamiento de energía es imprescindible y permite que los grupos electrógenos diésel se apaguen durante varias horas. Durante estos breves períodos, la generación de energía eólica o fotovoltaica solar es suficiente como para cubrir las necesidades energéticas de la mina. Cuando los grupos electrógenos diésel estén apagados, la energía almacenada controlará la red, mantendrá la calidad de la energía y controlará la variabilidad de la generación renovable.

En el futuro, a medida que se establezcan objetivos de penetración más altos para las energías renovables, será necesario buscar el 100 por ciento de penetración, lo cual constituye un cambio significativo en las estrategias operativas. En este contexto, los grupos electrógenos diésel solo se operarán durante los períodos de tiempo extendidos de poca generación de energía renovable. Esto requerirá, por un lado, un almacenamiento de grandes cantidades de energía para mitigar las intermitencias de corta duración; y por otro, un almacenamiento de energía de larga duración que respalde el suministro de la generación de energía renovable, cambiando entre uno y otro durante varias horas al día. El almacenamiento de larga duración es clave para permitir este modo de operación y se están desarrollando muchas tecnologías para respaldar este requerimiento, como baterías de flujo, baterías de zinc, almacenamiento geotérmico y térmico, almacenamiento de gas comprimido y de hidrógeno.

Si las minas alcanzan un nivel de penetración de energías renovables más alto, habrá energía de sobra casi sin costo. La cantidad de energía renovable excedente disponible dependerá tanto de la ubicación de la mina como de las tecnologías que se adopten, y hasta un 50 por ciento de la generación renovable total estará a disposición para la demanda de calor y la carga de camiones. Se espera que los camiones a batería dominen el mercado de producción de 100 toneladas o menos. Los camiones pesados con alta cantidad de carga de 300 toneladas o más utilizarán hidrógeno y se recargarán con hidrógeno verde, producido principalmente mediante la energía excedente de la generación renovable de la mina. En ubicaciones con mucha radiación solar, los procesos de minería que utilizan mucho calor usarán tecnologías solares en recinto para producir calor y energía con una sola tecnología. Las minas de litio necesitan gran cantidad de vapor durante el proceso y aprovecharían muy bien las tecnologías solares de generación de calor y energía. Como consecuencia, se producirá una descarbonización de todo el proceso de minería de litio, lo cual acelerará aún más la adopción de baterías de litio para la integración de renovables y los vehículos eléctricos.

Finalmente, los SMR son otra vía tecnológica muy esperada para la minería remota. Los SMR pueden producirse en fábricas y cumplen con las demandas de energía escalable, lo cual le otorga a la mina la flexibilidad de agregar más módulos para adaptarse a la demanda de energía actual y futura. Los SMR pueden producir energía de carga de base a escala de MW que puede complementarse con otras tecnologías tradicionales renovables y de almacenamiento para satisfacer la demanda de energía de la mina y de la flota. Solo en Canadá decenas de empresas tienen acuerdos de prelicenciamiento con la Comisión de Seguridad Nuclear Canadiense. Una vez que tengamos una demostración exitosa, el sector de la minería será el principal objetivo para la comercialización, debido a su alta dependencia de combustible diésel en las áreas remotas.

No es ningún secreto que las minas fuera de la red enfrentan desafíos a la hora de generar electricidad, pero gracias a toda la tecnología que ya está en la etapa de desarrollo comercial, tenemos una increíble oportunidad de reducir drásticamente los efectos de la minería en el cambio climático. ¡Este es el momento!

Este artículo se publicó originalmente en la revista especializada Canadian Mining Journal, el 7 de agosto de 2020. Fotografía: Tugliq – Photograph Justin Bulota – Project Raglan.