Exergy Cost Assessment in Global Mining

El desarrollo economico, social y tecnologico de la sociedad actual esta fuertemente ligado a la extraccion de recursos minerales. Una sociedad en constante crecimiento que consume estos recursos rapida e ilimitadamente. El continuo incremento de la demanda mundial de recursos minerales se debe en gran medida al crecimiento economico de China y otros paises asiaticos, que demandan una gran cantidad de materias primas en los sectores de la construccion, la infraestructura y la manufactura. El agotamiento de los recursos naturales no renovables es la consecuencia de este progreso y constituye el mayor reto al que se enfrentara la industria minera. De ahi que la disponibilidad futura de los recursos minerales esta adquiriendo importancia en los planes estrategicos de los gobiernos. Una vez que los minerales han sido extraidos, una serie de procesos que consumen grandes cantidades de energia son necesarios para producir materias primas utilizables. El requerimiento energetico de la extraccion de minerales y en su posterior procesamiento depende principalmente de la calidad y composicion del mineral. Considerando la disminucion en la ley mineral a nivel global, los consumos energeticos y los impactos ambientales se han venido incrementando continuamente. Adicionalmente, es necesario procesar mas material para obtener una cantidad equivalente de metal. En este sentido, uno de los factores criticos que la industria minera tendra que afrontar sera la disponibilidad de energia para la extraccion y el procesamiento de los minerales. Por lo anterior, es de suma importancia analizar y entender los procesos de la industria minera para determinar las posibles mejoras cuando se tiene en cuenta el factor de escasez de las materias primas. La primera actividad puede realizarse a traves de un enfoque termoeconomico. La Termoeconomia ha sido utilizada tradicionalmente para la optimizacion de plantas termoelectricas haciendo uso de la exergia como unidad de medida. En esta tesis doctoral, el analisis termoeconomico es adaptado y modificado, teniendo en cuenta la complejidad de los procesos mineros y metalurgicos, en los cuales se presentan flujos de materias primas y energia. Cuando se considera el factor de escasez de los recursos minerales en este tipo de analisis, es necesario incluir una variable adicional. Esto se lleva a cabo a traves del enfoque Exergoecologico propuesto por Valero et al. (2003). Conceptualmente, el metodo Exergoecologico permite realizar una evaluacion de los recursos minerales utilizando los costos exergeticos de reposicion, los cuales representan la exergia requerida para restituir los minerales que han sido totalmente dispersados en la corteza terrestre una vez que su vida util ha terminado, al estado inicial de composicion y concentracion en el que se encuentran en las minas. De ahi que esta tesis tiene como objetivo principal adaptar y aplicar metodologias termoeconomicas que permitan realizar un Analisis de Ciclo de Vida absoluto de los recursos minerales: un analisis convencional de la “cuna” a la puerta de entrada (produccion de las materias primas refinadas) y un analisis adicional de la “tumba” a la “cuna”, en el cual se cuantifique el factor de escasez de los minerales. El analisis exergetico de los recursos minerales y los procesos metalurgicos de la industria de la mineria realizados en esta tesis, requirio el establecimiento de una serie de objetivos. El primero de ellos fue realizar un estudio detallado de las tecnologias y los consumos energeticos asociados a la industria minera y metalurgica. Un segundo objetivo fue analizar la influencia del aprendizaje tecnologico y la disminucion de la ley mineral en la disponibilidad de los recursos minerales, con el objetivo de conocer si la adquisicion de experiencia a traves del tiempo, ha sido capaz de evitar el aumento en la demanda de energia que presentan los procesos extractivos y de metalurgia. Los resultados obtenidos de las dos actividades anteriores, permitieron una importante mejora del metodo Exergoecologico: los costos exergeticos de reposicion que tradicionalmente habian sido evaluados de manera estatica, pudieron ser actualizados considerando la tendencia del decremento de la ley mineral. Una mejora adicional presentada en esta tesis fue resolver el problema de asignacion de costos entre productos, subproductos y residuos que comunmente aparecen en la industria minera y metalurgica. Considerando los nuevos costos exergeticos de reposicion obtenidos, se propuso un nuevo procedimiento de asignacion de costos que sera utilizado en el analisis termoeconomico aplicado a los procesos mineros y metalurgicos. Otro objetivo de esta tesis, consistio en la integracion del analisis termoeconomico realizado a traves del Costo Termoecologico desarrollado por el grupo del ITC de la Silesian University of Technology, para combinar las ventajas de ambos enfoques para el analisis de la industria minera. Finalmente, cada objetivo descrito anteriormente fue aplicado a diferentes casos de estudio.