This is an authorized translation of an Eos article. Esta es una traducción al español autorizada de un artículo de Eos.
La integración de energía renovable en redes eléctricas a las escalas necesarias para mitigar las crecientes concentraciones de gases de efecto invernadero en la atmósfera y el calentamiento global requiere un almacenamiento confiable, y en grandes cantidades. Esto se debe a la variabilidad del viento y la radiación solar incidente, que suministran la mayor parte de esta energía. Las cada vez más avanzadas baterías son el medio predilecto para lograr este almacenamiento.
Entra el litio, cuyo peso ligero, alto potencial electroquímico y el alto cociente de carga a peso lo hacen deseable para su uso en baterías para todo, desde aparatos electrónicos hasta vehículos y redes eléctricas. La demanda de este tipo de baterías ha impulsado un crecimiento acelerado de la producción mundial de litio: se estima que en 2023 se produjeron 180,000 toneladas, en comparación con unas 35,000 en la década anterior.
Sin embargo, la comunidad hidrológica ha prestado poca atención a muchas interrogantes científicas relacionadas al agua en la MLL y la CQ.
El litio se extrae principalmente de las rocas del mineral espodumena, por ejemplo, en Australia, y de la salmuera de salares en regiones como la “Media Luna de Litio” (MLL) en Sudamérica y la Cuenca de Qaidam (CQ) en China. En estas dos zonas, tanto los residentes locales como la prensa, las agencias gubernamentales y las organizaciones no gubernamentales están prestando cada vez más atención a los problemas hídricos y ambientales relacionados con la extracción de salmuera, y las tensiones con las empresas mineras son cada vez más públicas.
Sin embargo, la comunidad hidrológica ha prestado poca atención a muchas interrogantes científicas relacionadas al agua en la MLL y la CQ. Estas preguntas involucran la conectividad natural y el transporte de los recursos hídricos regionales, y cómo el clima y las operaciones mineras afectan su cantidad y calidad. Hidrólogos, hidrometeorólogos e hidrogeólogos deberían trabajar para responder a estas preguntas y ofrecer una visión más integral de cómo se puede lograr una extracción de salmuera más sostenible mediante tecnologías y métodos de estudio consolidados, esto consultando con residentes, gobiernos e industrias de extracción de minerales.
Litio de una media luna y un cuenco
La MLL y la CQ, que respectivamente son la segunda y la primera mesetas más grandes del mundo, son cuencas endorreicas áridas, lo que significa que están hidrológicamente desconectadas del océano. Existen numerosos lagos salados en ambas regiones, con superficies que varían de 1 a 10,000 kilómetros cuadrados en la MLL y de menos de 1 a más de 600 kilómetros cuadrados en la CQ. Los lagos obtienen agua dulce del flujo fluvial proveniente de los glaciares, la nieve y la lluvia en las montañas adyacentes, así como del agua subterránea alimentada por el flujo de ríos y la precipitación. La principal vía de salida del agua de estas cuencas es la evapotranspiración, que con el tiempo concentra las sales minerales en depósitos en el fondo de la cuenca, lo que posibilita la extracción de salmuera.
Las fuentes de litio provenientes de salmueras en la región fronteriza entre Bolivia, Argentina y Chile, en la meseta andina (Figura 1, izquierda), la denominada Media Luna de Litio (un área más pequeña dentro de la MLL se conoce comúnmente como el Triángulo del Litio), representan aproximadamente el 53 % de las reservas mundiales conocidas de litio [Steinmetz y Salvi, 2021]. Esta región también produce aproximadamente un tercio de los compuestos de litio a nivel mundial.
China, por su parte, posee alrededor del 6.5 % de las reservas conocidas de litio y contribuyó con cerca del 18 % de la producción mundial de compuestos de litio en 2023. Varias operaciones de extracción de salmuera en China se llevan a cabo en la cuenca del Qaidam, en la provincia de Qinghai, en la meseta tibetana septentrional (Figura 1, derecha). En 2023, el 21.2 % de la producción total de carbonato de litio de China provino de la cuenca del Qaidam [Oficina de Estadísticas de Qinghai, 2023].
Fig. 1. Los contornos rojos indican la ubicación geográfica de la Media Luna de Litio (MLL, izquierda) en la meseta andina de Sudamérica y la Cuenca Qaidam de China (CQ, derecha) en la meseta tibetana septentrional. La MLL tiene elevaciones de 2200 a 6800 metros y una superficie de 327 000 kilómetros cuadrados; la CQ tiene elevaciones de 2600 a 6800 metros y una superficie de 279 000 kilómetros cuadrados. Los contornos de ambas cuencas provienen de
HydroBASINS. Haga clic en la imagen para ampliarla. Crédito: datos cartográficos de Google Earth, SIO, NOAA, Marina de los EE. UU., NGA, GEBCO, Landsat, Copernicus, IBCAO
La CQ produce no solo compuestos de litio, sino también potasa, combustibles fósiles, cloruro de sodio y otros recursos que contribuyen significativamente a la industria y la agricultura de China. Por ejemplo, la potasa producida en la QB en 2023 representó el 69.4 % de la producción total de este recurso en China y el 6.5 % de la producción mundial (cifras calculadas con base en datos de la Oficina de Estadística de Qinghai [2023] y del Servicio Geológico de Estados Unidos).
Aumento de demanda en medio de condiciones cambiantes
Las regiones de la MLL y la CQ reciben cantidades similares de precipitación, con promedios anuales totales de aproximadamente 170 a 180 milímetros, que caen principalmente en sus respectivos veranos. Sin embargo, mientras que la precipitación disminuye ligeramente en MLL, esta aumenta gradualmente en CQ (Figura 2). La MLL también es más cálida y húmeda en promedio y presenta una evapotranspiración potencial mucho mayor que CQ; sin embargo, las temperaturas en ambas regiones están aumentando.
Se predice que el almacenamiento de agua disminuirá debido a que el calentamiento podría reducir los glaciares y la nieve en ambas regiones, y estos cambios podrían aumentar la variabilidad de los caudales fluviales y alterar los regímenes de caudal.
Se proyecta que estas tendencias continuarán en las próximas décadas, y los cambios climáticos tendrán consecuencias para los recursos hídricos. Se predice que el almacenamiento de agua disminuirá debido a que el calentamiento podría reducir los glaciares y la nieve en ambas regiones, y estos cambios podrían aumentar la variabilidad de los caudales fluviales y alterar los regímenes de caudal. Junto con el calentamiento, la reducción en precipitación exacerbará las condiciones de sequía en la MLL. En la CQ, el aumento de la precipitación y el derretimiento de los glaciares y la nieve probablemente causarán más eventos extremos compuestos similares a las inundaciones catastróficas que ocurrieron en la región en 2010 [Ma y Xu, 2011] y 2022. Estas inundaciones dañaron campos de salmuera, presas e infraestructura y causaron pérdidas económicas superiores a los 10 millones de dólares.
Mientras tanto, la industria de la extracción de salmuera ha experimentado un auge en las últimas décadas en ambas regiones. Se prevé que la explotación de recursos, especialmente de litio, se intensifique en el futuro próximo, siguiendo la tendencia reciente.
Para extraer los materiales deseados, los mineros perforan pozos en los salares y bombean salmuera rica en minerales a la superficie. La salmuera se deja evaporar durante unos 12 a 18 meses, durante los cuales se evapora aproximadamente el 90 % del agua original. El material restante se recolecta y procesa para obtener productos minerales comercializables. Este proceso de bombeo de salmuera y aumento de la evaporación en la superficie altera los ciclos hidrológicos locales naturales. Además, se necesita agua dulce durante toda la etapa de procesamiento para purificar los compuestos químicos.
Fig. 2. Las gráficas muestran la precipitación anual y la precipitación promedio mensual (Pre), la evapotranspiración potencial (PET), la presión de vapor (VAP) y la temperatura del aire (T) en la MLL y la CQ de 1960 a 2022. Las estrellas indican la significancia de las tendencias con un valor de p < 0.05. Los datos provienen de la
Unidad de Investigación Climática TS, versión 4.07. Haga clic en la imagen para verla más grande.
En los últimos años, se han reportado casos que vinculan la extracción de salmuera con la generación de residuos, la contaminación del agua y el suelo, la alteración del paisaje y la degradación de la flora y la fauna, así como con importantes problemas relacionados con la cantidad y la calidad del agua. También se han reportado conflictos y tensiones entre la población local y las empresas mineras en la meseta tibetana y la MLL, relacionados con la reducción de los recursos hídricos y la contaminación de las aguas subterráneas y los caudales fluviales [Marconi et al., 2022; Giglio, 2021].
Los estudios también documentan los efectos en los ecosistemas. Por ejemplo, la reducción de algunas poblaciones de flamencos andinos se correlaciona con un nivel freático más bajo [Gutiérrez et al., 2022], y las poblaciones de cianobacterias que alimentan a los flamencos andinos están disminuyendo en lagunas cercanas al Salar de Atacama en Chile debido al consumo de agua y la contaminación causada por la extracción de litio [Gutiérrez et al., 2018].
La cantidad de agua utilizada en las operaciones de extracción de salmuera puede variar según el clima, las concentraciones minerales y la tecnología empleada, pero para la MLL, los investigadores han estimado que se necesitan entre 100,000 y 800,000 litros de agua por tonelada métrica de litio extraído [Vera et al., 2023]. No existe una estimación similar para la CQ, pero la próspera industria minera en la zona también está aumentando la demanda de agua.
En el sur de la QC, el uso industrial de agua aumentó de 90 millones de metros cúbicos en 2000 a 383 millones de metros cúbicos en 2019, lo que representa el 10.2% y el 40.8%, respectivamente, del consumo total de agua en la región en esos años [Han et al., 2023]. En 2016, se construyeron instalaciones de desviación de agua y canales para transportar agua desde subcuencas cercanas a campos de salmuera y ciudades para satisfacer la creciente demanda. En diciembre de 2023, tres fábricas importantes de extracción de salmuera en la CQ incumplieron sus cuotas de uso de agua al bombear ilegalmente agua subterránea y extraer agua de humedales y lagos protegidos para satisfacer sus demandas de producción. Estas acciones fueron criticadas públicamente por el Ministerio de Ecología y Medio Ambiente de China, que ordenó a las fábricas que dejaran de bombear agua ilegalmente.
Esclareciendo la hidrología en torno a la minería de salmuera
Tenemos un conocimiento limitado del papel de los salares en estos ciclos o de cómo la expansión de las operaciones de extracción de salmuera para satisfacer la demanda de litio podría alterar este papel.
Al igual que el océano y otras reservas de agua debajo, sobre y por encima de la superficie terrestre, los salares del mundo tienen un rol en sus ciclos hidrológicos regionales. Sin embargo, tenemos un conocimiento limitado del papel de los salares en estos ciclos o de cómo la expansión de las operaciones de extracción de salmuera para satisfacer la demanda de litio podría alterar este papel.
Los hidrólogos enfrentan varias preguntas generales: ¿Cómo y en qué medida afecta la extracción de salmuera a los diversos reservorios y flujos (p. ej., recarga de aguas subterráneas, desvío de caudales, evaporación) del ciclo hidrológico regional? ¿Cómo llega la escorrentía superficial de las montañas circundantes a los depósitos de agua subterránea? ¿Cómo se conectan estos depósitos bajo las cuencas desérticas donde se forman los lagos de salmuera? ¿Cuáles son las edades y la composición química de estas aguas subterráneas? Abordar estas preguntas permitirá conocer mejor la cantidad y la calidad de los recursos hídricos disponibles, lo que a su vez ayudará a los responsables de la toma de decisiones a asignar el agua de forma justa a los diferentes sectores y a monitorear y proteger la calidad del agua durante la extracción de salmuera.
Estanques de evaporación en el lecho seco del lago West Taijinai’er en la CQ observados en septiembre de 2023. Crédito: Lan Cuo
Además, debido a que la MLL y la CQ están experimentando un calentamiento similar pero diferentes tendencias de precipitación, y sus respectivos ciclos hídricos regionales pueden, por lo tanto, verse afectados de manera diferente por el cambio climático, los hidrólogos deben explorar preguntas relacionadas con estas diferencias. ¿Cómo responden los glaciares y la nieve en estas regiones al calentamiento emparejado con más (o menos) precipitación? ¿Y cómo responden los regímenes de caudal (que comprenden las magnitudes, los tiempos, las frecuencias y las duraciones de los caudales altos y bajos) a los cambios en los glaciares, la nieve y la precipitación? ¿Qué mecanismos controlan los eventos extremos como sequías e inundaciones en estas regiones? Responder a estas preguntas esclarecerá cómo el cambio climático está afectando los escasos recursos hídricos en la MLL y la CQ y puede informar los esfuerzos de mitigación para conservar estos recursos.
Investigar todas estas interrogantes requiere diversos enfoques. Se necesitan mediciones in situ de precipitación, evaporación, glaciares y nieve, así como de aguas subterráneas, lagos, ríos y suelos, para determinar la disponibilidad y calidad de los recursos hídricos en ubicaciones específicas de la MLL y la CQ. Los análisis con isótopos estables y trazadores pueden ayudar a determinar las fuentes y la edad del agua sobre y bajo la superficie terrestre. Las observaciones satelitales de cómo cambian las variables del paisaje, como la desertificación, la superficie lacustre, los glaciares y la nieve, la humedad del suelo y la vegetación, ayudarán a rastrear los efectos del cambio climático y la extracción de salmuera en los recursos hídricos y los ecosistemas. También necesitaremos estudios de modelización hidrogeológica para comprender la hidrología superficial, el almacenamiento y el movimiento de las aguas subterráneas, y cómo se ven afectados por la escorrentía superficial en la MLL y la CQ (se requieren mediciones in situ para validar los estudios satelitales y de modelización).
Además, se debe fomentar la colaboración entre investigadores de ambas regiones para permitir comparaciones detalladas y esclarecer las diferencias y los puntos en común en los problemas hídricos de cada una. Estas colaboraciones también facilitarían el intercambio de mejores prácticas de investigación y posibles soluciones políticas con respecto a la extracción de salmuera y los recursos hídricos.
Involucrar a todas las partes interesadas para obtener mejores resultados
La extracción de salmuera será sostenible sólo cuando las operaciones, desde su inicio hasta su fin, utilicen el agua de manera eficiente, minimicen el daño al medio ambiente, los ecosistemas y las comunidades, y compensen los daños.
Los recursos hídricos en la MLL y la CQ ya se encuentran bajo tensión debido a su ubicación en medio de los desiertos más altos del mundo y a las cambiantes condiciones climáticas. La extracción de salmuera para abastecer de litio y otras materias primas a la transición a energías renovables podría agravar esta tensión. Esta extracción sólo será sostenible cuando las operaciones, desde su inicio hasta su fin, utilicen el agua de manera eficiente; minimicen los daños al medio ambiente, los ecosistemas y las comunidades; y compensen los daños cuando estos ocurran.
La combinación de múltiples enfoques científicos para estudiar la hidrología regional generará un conocimiento holístico e integral de la cantidad y la calidad del agua en estas áreas. Sin embargo, para apoyar la sostenibilidad de la extracción de salmuera y la gestión de los recursos hídricos en la MLL y la CQ, los científicos deben compartir la información y las respuestas obtenidas de estos enfoques con las agencias gubernamentales pertinentes, las empresas mineras y las comunidades locales a través de informes de investigación, conferencias y asambleas públicas que reúnan a estos grupos.
La participación de los miembros de la comunidad contribuirá especialmente a revelar no solo los efectos en la hidrología y los ecosistemas, sino también el costo humano de las actividades mineras y el cambio climático. Y una mejor comunicación entre estos grupos ayudará a los legisladores y reguladores a crear y hacer cumplir normas para regir las operaciones mineras responsables, al tiempo que mitigan los impactos negativos y satisfacen las necesidades de la comunidad.
Referencias
Giglio, E. (2021), Extractivism and its socio-environmental impact in South America: Overview of the “lithium triangle,” Am. Crítica, 5(1), 47–53, https://doi.org/10.13125/americacritica/4926.
Gutiérrez, J. S., J. G. Navedo, and A. Soriano-Redondo (2018), Chilean Atacama site imperilled by lithium mining, Nature, 557, 492, https://doi.org/10.1038/d41586-018-05233-7.
Gutiérrez, J. S., et al. (2022), Climate change and lithium mining influence flamingo abundance in the Lithium Triangle, Proc. R. Soc. B, 289, 20212388, https://doi.org/10.1098/rspb.2021.2388.
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Marconi, P., F. Arengo, and A. Clark (2022), The arid Andean plateau waterscapes and the lithium triangle: Flamingos as flagships for conservation of high-altitude wetlands under pressure from mining development, Wetlands Ecol. Manage., 30, 827–852, https://doi.org/10.1007/s11273-022-09872-6.
Qinghai Bureau of Statistics (2023), Statistics of national economy and social development in 2023 [in Chinese], m.yicai.com/news/102000260.html.
Steinmetz, R. L. L., and S. Salvi (2021), Brine grades in Andean salars: When basin size matters—A review of the Lithium Triangle, Earth Sci. Rev., 217, 103615, https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2021.103615.
Vera, M. L., et al. (2023), Environmental impact of direct lithium extraction from brines, Nat. Rev. Earth Environ., 4, 149–165, https://doi.org/10.1038/s43017-022-00387-5.
Datos de autora
Lan Cuo (lancuo@itpcas.ac.cn), State Key Laboratory of Tibetan Plateau Earth System, Resources and Environment, Institute of Tibetan Plateau Research, Chinese Academy of Sciences, Pekín; también en la University of Chinese Academy of Sciences, Pekín
This translation by Nelmary Rodriguez Sepulveda was made possible by a partnership with Planeteando y GeoLatinas. Esta traducción fue posible gracias a una asociación con Planeteando and GeoLatinas.
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