Mineração é um negócio poluente. A tecnologia pode limpá-la?

Em março, o presidente norte-americano, Joe Biden, ordenou mais recursos federais direcionados à mineração de metais e minerais essenciais para baterias de veículos elétricos, incluindo níquel, cobalto, grafite e lítio. A diretiva presidencial destacou uma das realidades mais controversas no centro da transição para a energia verde: para mudar de fontes de energia de combustível fóssil sujas para renováveis ​​e veículos elétricos sem carbono, precisamos de mais mineração – historicamente um negócio muito poluente.

A mineração envolve extrair o minério do solo, transportá-lo para as usinas de processamento, triturar, separar e refinar os metais e, em seguida, descartar os resíduos. A terra é explorada para dar lugar a minas, que muitas vezes usa quantidades consideráveis ​​de energia e água, produz poluição do ar e gera resíduos perigosos.

Mas um conjunto de tecnologias emergentes, da inteligência artificial à captura de carbono, pode tornar mais sustentável a extração dos chamados minerais e metais críticos necessários para essa transição energética. Com a expectativa de que a demanda por esses materiais aumente à medida que o mundo se afasta dos combustíveis fósseis e adota energia solar, eólica e EVs, há um interesse crescente do governo dos Estados Unidos e do setor privado em trazer novas tecnologias ao mercado e rapidamente. Em um relatório recente sobre o reforço das cadeias de suprimentos nos EUA para a transição de energia limpa, o Departamento de Energia (DOE) enfatizou a importância do apoio federal para métodos de extração “ambientalmente sustentáveis ​​e de próxima geração” para minerais críticos.

Douglas Hollett, consultor especial do DOE em minerais e materiais críticos, diz que isso reflete a visão da agência de que a mineração de minerais críticos não pode ser simplesmente uma questão de encontrar os recursos de que precisamos e desenterrá-los.

“É: vamos encontrá-lo, vamos ser mais eficazes nisso e vamos acabar com os impactos direcionados em toda a cadeia de valor, pois analisamos tudo, desde a fase de exploração até a extração, processamento e fim da vida útil, quando os produtos em que os materiais extraídos são usados ​​não funcionam mais”, diz Hollett.

Estas imagens mostram como a mineração afeta a Amazónia:

Mineração de dados

Muito antes de uma mina ser construída, os geólogos são enviados ao campo para fazer furos no solo e procurar reservas valiosas de minério. A exploração é normalmente a etapa menos prejudicial  ao meio ambiente, mas ainda há espaço para melhorá-la. Um número pequeno, mas crescente, de startups de exploração mineral acredita que pode fazer isso por meio da mineração de dados.

Essas startups incluem a KoBold Metals, que usa ferramentas sofisticadas de ciência de dados e inteligência artificial para procurar evidências de reservas de metal de bateria em grandes quantidades de dados públicos e históricos, bem como dados que a empresa coleta durante programas de campo guiados por IA. Apoiado pela Breakthrough Energy Ventures, de Bill Gates, a KoBold visa aumentar as taxas de descoberta em 20 vezes em comparação com os esforços tradicionais de exploração de campo, reduzindo a quantidade de terreno que precisa ser perturbado para encontrar novos minerais.

Holly Bridgwater, geóloga de exploração da empresa australiana de inovação em geociências Unearthed, acredita que o objetivo da KoBold é “atingível”, dada a taxa de sucesso muito baixa do setor de mineração. Hoje, os geólogos estimam que menos de um em cada 100 locais pesquisados ​​para mineração se torna, de fato, um mina.

A KoBold realiza trabalho de campo neste verão no Canadá e na Zâmbia, onde encontrou evidências de reservas de níquel e cobalto. Mas o diretor de tecnologia Josh Goldman diz que a empresa está “a dois anos ou mais” de decidir se vale a pena minerar algum deles. Se puder usar a IA para descobrir minérios bem escondidos, mas particularmente de alta qualidade, isso poderá reduzir os impactos da mineração ao meio ambiente, diz Goldman.

“Se você encontrar recursos de baixa qualidade, precisará extrair uma quantidade enorme de material para extrair o metal”, diz Goldman. “Isso significa que você tem uma enorme quantidade de resíduos adicionais. Encontrar recursos realmente de alta qualidade é fundamental."

Energia renovável

A descoberta de minérios de alta qualidade pode reduzir o impacto da mineração, mas qualquer processo de mineração tradicional ainda terá efeitos ambientais significativos, principalmente no clima. O transporte, britagem e processamento de rochas consomem muita energia; o setor de mineração responde por 6% da demanda mundial de energia e 22% das emissões industriais globais. Enquanto muitas empresas de mineração começaram a comprar eletricidade renovável e algumas estão experimentando transporte alternativo, como caminhões movidos a hidrogênio, o setor ainda depende, em grande parte, de combustíveis fósseis para alimentar suas máquinas pesadas e instalações que utilizam muita energia.

Para pelo menos um mineral crítico, o lítio, pode haver um caminho mais limpo. Usado em baterias que alimentam tudo, desde smartphones a veículos elétricos, a demanda global por lítio pode aumentar mais de 40 vezes até 2040, se o mundo mudar rapidamente de veículos movidos a gás para elétricos.

Durante décadas, os pesquisadores exploraram a possibilidade de extrair lítio de salmouras geotérmicas – águas quentes e ricas em minerais que algumas usinas geotérmicas trazem das profundezas da Terra à superfície para produzir energia. A ideia, diz Michael Whittaker, pesquisador do Centro de Pesquisa e Inovação de Recursos de Lítio, no Laboratório Nacional Lawrence Berkeley, do DOE, é alimentar todo o processo de extração de lítio usando energia geotérmica livre de carbono. 

A remoção do lítio das salmouras geotérmicas também tem o potencial de usar muito menos água do que as enormes lagoas de evaporação ao ar livre usadas para concentrar o lítio de águas menos profundas, ricas em minerais, que se escondem sob salinas na Argentina e no Chile.

Grandes obstáculos devem ser superados antes que grandes quantidades de lítio possam ser obtidas pelo processo geotérmico. Whittaker diz que o teor de lítio das salmouras geotérmicas é “relativamente baixo” em comparação com as suas contrapartes sul-americanas. Nas salmouras geotérmicas, outros elementos, como sódio e potássio, tendem a estar presentes em concentrações muito maiores que o lítio, interferindo em sua extração. Atualmente, diz Whittaker, os operadores de usinas geotérmicas gastam muito tempo no processo de trazer a salmoura quente para a superfície – e depois injetar a solução gasta no subsolo – para extrair pouco lítio, o que significa que eles não conseguem obter tanto sucesso quanto poderiam.

Apesar dos desafios técnicos e dos reveses comerciais, o DOE e os parceiros do setor privado veem o método geotérmico como promissor. Estimativas aproximadas baseadas em medições químicas sugerem que uma enorme quantidade de lítio pode ser encontrada sob um lago hiper-salgado no sul da Califórnia, conhecido como Mar Salton.

“Não importa como você o corte, há muito lítio (abaixo do Salton Sea) que poderia suprir a demanda dos EUA por baterias para EVs pelo resto da década e, provavelmente, muito tempo depois”, diz Whittaker. 

Resíduos de mineração

Alguns pesquisadores e empresários acreditam que os recursos necessários para a transição energética podem ser encontrados nos resíduos de minas antigas abandonadas. É o que pensa a Nth Cycle, uma startup que desenvolveu tecnologia para extrair metais de baterias – como cobalto, níquel e manganês – de resíduos de minas, minérios de baixa qualidade e baterias de veículos elétricos. 

Sua tecnologia central, chamada eletroextração, não usa nenhum produto químico agressivo ou fornos de alta temperatura frequentemente encontrados em operações de mineração e reciclagem. Utiliza apenas eletricidade, que pode vir de fontes renováveis. Os metais são removidos seletivamente da rocha triturada e liquefeita, e os resíduos da mina passam por filtros eletrificados à base de carbono, que a fundadora e CEO, Megan O'Connor, compara a filtros de água gigantes.

O'Connor, que otimizou o processo de extração de metais enquanto completava o doutorado, antes de fundar a Nth Cycle, em 2017, explica que os sistemas de filtragem, que podem ser transportados para locais de mineração, possibilitam a extração de até 95% dos metais restantes do material considerado resíduo. A empresa, que levantou US$ 12,5 milhões em uma rodada de financiamento em fevereiro de 2022, planeja anunciar seus primeiros clientes de mineração ainda este ano.

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Por quase uma década, o DOE vem investigando se um grupo de elementos metálicos quimicamente reativos usados ​​em turbinas eólicas offshore, motores EV e semicondutores, podem ser colhidos de resíduos de minas de carvão, bem como de suas cinzas. Em fevereiro, o departamento anunciou planos para montar uma instalação de extração e separação de US$ 140 mi para demonstrar a ideia em escala comercial. Hollett chamou o projeto de uma oportunidade “emocionante” para ver se centenas de locais de resíduos de carvão que precisam urgentemente de limpeza também podem fornecer algo de valor.

Descarbonização profunda

Depois que os mineiros extraíram tudo de valor das rochas, os resíduos tóxicos geralmente são enterrados no local. Mas se a operação de mineração ocorreu em certos tipos de rochas – as chamadas rochas ultramáficas, que têm alto teor de magnésio e alta alcalinidade – esses rejeitos têm o potencial de absorver o carbono do ar.

“O que acontece nos rejeitos de minas ultramáficas em que trabalhamos é que eles consomem CO2 da atmosfera e o colocam em uma forma mineral sólida”, diz Greg Dipple, professor de geologia da Universidade da Colúmbia Britânica, no Canadá. “Estas são a forma mais durável e permanente de armazenamento de carbono.”

A pesquisa de Dipple mostrou que rejeitos de minas ultramáficas podem sequestrar milhares de toneladas de CO2 por ano, por conta própria. Mas ele diz que o processo pode ser aprimorado com algumas intervenções relativamente simples e de baixo custo, como agitar os rejeitos para expor a rocha fresca ao ar e adicionar ou remover água desse resíduo em pó. 

Além do uso de energia renovável e hidrogênio, ou veículos elétricos, Dipple acredita que essa forma de captura de carbono tem o potencial de tornar certas minas negativas em carbono – o que significa que elas extraem mais CO2 do ar do que produzem.

Em 2021, Dipple e vários colegas fundaram a Carbin Minerals, uma startup que visa comercializar tecnologia e é focada em parcerias com mineiros de níquel, que trabalham em rochas ultramáficas. Atualmente, a startup está negociando acordos com várias minas. 

Em abril, a Carbin Minerals foi nomeada uma das 15 vencedoras do concurso XPRIZE Carbon Removal, de Elon Musk. Todas as equipes vencedoras tiveram de demonstrar um caminho tecnológico para extrair bilhões de toneladas de CO2 do ar. Dipple diz que o prêmio de US$ 1 milhão que a Carbin Minerals recebeu ajudará a acelerar a pesquisa, em estágio inicial, sobre o uso de tecnologia em uma gama mais ampla de rochas.

“Além do crescimento previsto na cadeia de suprimentos necessária para metais críticos e de bateria, esse é o caminho para essa técnica funcionar em uma escala de bilhões de toneladas por ano”, diz Dipple. 

 ‘Tão sustentável quanto possível’

Embora as novas tecnologias ofereçam esperança de que as minas do futuro possam ser ambientalmente mais sustentáveis, muitas ainda estão a anos de serem aplicadas em larga escala comercial – se isso for possível. 

E as abordagens de mineração mais limpas são apenas uma peça do quebra-cabeça: também é necessário um trabalho muito melhor de reciclagem de metais de painéis solares não mais utilizados, baterias de veículos elétricos e outras tecnologias para reduzir a necessidade de mineração futura. Finalmente, leis e regulamentações mais rígidas são necessárias para garantir que a expansão da mineração seja feita com o consentimento das comunidades locais, de uma forma que as beneficie diretamente.

Embora os impactos da mineração nunca sejam zero, Bridgwater diz que o setor pode fazer muito melhor – e tem a responsabilidade de tentar.

“Fundamentalmente, a mineração é sobre a extração de materiais", conclui Bridgwater. "Sempre haverá energia necessária para fazer isso; sempre haverá alguma forma de pegada. Nosso objetivo deve ser 'tão sustentável quanto possível.'”