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"A medida que la compañía adopta cada vez más vehículos eléctricos y utiliza energía renovable, la demanda de estos minerales aumentará para la fabricación de baterías necesarias para descarbonizar la economía", dice Peacock, profesor de ingeniería. mecánico y director de dinámica ambiental del MIT. Laboratorio (Laboratorio FIN). Es parte de un equipo internacional de investigadores que está tratando de comprender mejor el impacto ambiental de la recolección de nódulos polimetálicos, un proceso conocido como minería en alta mar.
Los minerales en los nódulos, particularmente el cobalto y el níquel, son componentes clave de las baterías de iones de litio. Actualmente, las baterías de iones de litio ofrecen la mejor densidad de energía entre todas las baterías disponibles comercialmente. Esta alta densidad de energía los hace ideales para su uso en todo tipo de vehículos, desde teléfonos móviles hasta vehículos eléctricos, que requieren grandes cantidades de energía en un espacio compacto.
"Se espera que estos dos elementos conduzcan a un crecimiento significativo en la demanda debido al almacenamiento de energía", dijo Richard Roth, director del Laboratorio de Sistemas de Materiales del MIT.
Si bien los investigadores están explorando tecnologías alternativas de baterías, como las baterías de iones de sodio y las baterías de flujo que usan celdas electroquímicas, estas tecnologías están lejos de comercializarse.
"Pocas personas esperan que alguna de estas alternativas de iones de litio esté disponible en los próximos diez años", dice Roth. "Esperar futuros productos químicos y tecnologías de baterías desconocidas podría retrasar significativamente la adopción generalizada de vehículos eléctricos".
También se necesitarán grandes cantidades de níquel especializado para construir baterías más grandes y necesarias, ya que las empresas consideran cambiar de una red alimentada por combustibles fósiles a una red alimentada por recursos renovables como la energía solar. solar, eólica, oleaje y térmica.
"La recolección de nódulos en el fondo marino se ve como una nueva forma de obtener estos materiales, pero antes de eso, es imprescindible comprender completamente el impacto ambiental de los recursos mineros del océano profundo". y compararlo con el impacto ambiental de los recursos minerales. en la tierra ", explica Peacock.
Después de recibir fondos iniciales de la Iniciativa de Soluciones Ambientales (ESI) del MIT, el Dr. Peacock pudo aprovechar su experiencia en dinámica de fluidos para investigar cómo la minería en alta mar podría afectar a las comunidades. ecosistemas circundantes.
Satisfacer la demanda de almacenamiento de energía.
Actualmente, el níquel y el cobalto se extraen a través de operaciones mineras terrestres. Gran parte de esta actividad minera tiene lugar en la República Democrática del Congo, que produce el 60% del cobalto en el mundo. Estas minas terrestres a menudo tienen un impacto en los entornos circundantes a través de la destrucción del hábitat, la erosión y la contaminación del suelo y el agua. También existe la preocupación de que la minería terrestre, particularmente en países políticamente inestables, no pueda suministrar suficientes materiales a medida que aumenta la demanda de baterías.
La banda oceánica entre Hawai y la costa oeste de los Estados Unidos, también conocida como Clarion Clipperton Fracture Zone, contiene seis veces más cobalto y tres veces más níquel que todas las tiendas terrestres conocidas, así como grandes depósitos de manganeso y Una cantidad sustancial de cobre.
Aunque el fondo marino se desborda con estos materiales, se sabe poco sobre los efectos a corto y largo plazo en el entorno minero a 15,000 pies bajo el nivel del mar. y su colaborador, el profesor Matthew Alford de la Institución Scripps de Oceanografía y la Universidad de California en San Diego, están tratando de comprender cómo las corrientes oceánicas transportarán las columnas de sedimentos generadas por la recolección de nódulos del fondo marino.
"La pregunta clave es esta: si decidimos crear un penacho en el sitio A, ¿qué tan lejos estará antes de que finalmente llueva en el fondo del mar?", Dice Alford. "Esta capacidad de mapear la geografía del impacto de la minería del fondo marino es una incógnita crucial en este momento".
La investigación realizada por Peacock y Alford ayudará a informar a las partes interesadas sobre los posibles efectos ambientales de la minería en aguas profundas. La Autoridad Internacional de los Fondos Marinos (ISA), una organización independiente establecida por las Naciones Unidas para regular todas las actividades mineras en el fondo del mar, está en negociación. La investigación de Peacock y Alford ayudará a guiar el desarrollo de estándares y pautas ambientales que se publicarán bajo estas regulaciones.
"Tenemos una oportunidad única para ayudar a los reguladores y otras partes interesadas a evaluar la regulación propuesta utilizando nuestros datos y modelos antes del inicio de las operaciones y lamentamos el impacto de nuestro negocio", dice Carlos Muñoz Royo, estudiante de doctorado en el MIT End Lab.
Acechando las plumas en el agua
En las minas en alta mar, se desplegaría un vehículo de recolección desde un barco. El vehículo de recolección luego viaja 15,000 pies hasta el fondo marino, donde rocía el vacío en los primeros cuatro centímetros del fondo marino. Este proceso crea un penacho llamado panache collector.
"Cuando el colector se mueve en el fondo del mar, crea sedimento y crea una nube de sedimento, o penacho, que es arrastrada y distribuida por las corrientes oceánicas", explica Peacock.
El vehículo de recolección recoge los nódulos, que se bombean a través de una tubería hacia el barco. En el barco, los nódulos utilizables se separan de los sedimentos no deseados. Estos sedimentos son devueltos al océano, creando una segunda columna, llamada columna de descarga.
Peacock colaboró con Pierre Lermusiaux, profesor de ingeniería mecánica y oceanografía e ingeniería, y Glenn Flierl, profesor de ciencias de la Tierra, atmosféricas y planetarias, para crear modelos matemáticos para predecir el modo de moviendo estas dos plumas.
Para probar estos modelos, Peacock se comprometió a rastrear los penachos creados al extraer el fondo del Océano Pacífico. Con fondos del MIT ESI, se embarcó en el primer estudio de campo de tales columnas. Alford y Eric Adams, un ingeniero de investigación sénior en el MIT, así como otros investigadores e ingenieros del MIT, Scripps y el Servicio Geológico de los Estados Unidos, se unieron a él.
Con fondos del programa UC Ship Funds, el equipo realizó experimentos en consulta con la ISA durante una expedición de una semana en el Océano Pacífico a bordo del Barco naval Sally Ride de la Armada de los EE. UU. En marzo de 2018. Los investigadores mezclaron el sedimento con un colorante trazador que pudieron seguir con la ayuda de sensores en el barco desarrollado por el grupo de Dinámica Oceánica Multiescala 39; Alford. Al hacerlo, crearon un mapa de ruta de penacho.
Los experimentos de campo han demostrado que los modelos desarrollados por Peacock y Lermusiaux pueden usarse para predecir cómo se moverán las plumas en el agua, y podrían ayudar a dar una idea más precisa de cómo podría ser la biología circundante afectadas.
Impacto en organismos de aguas profundas
La vida en el fondo del océano se mueve a un ritmo glacial. Los sedimentos se acumulan a una velocidad de 1 milímetro por milenio. Con una tasa de crecimiento tan baja, las áreas perturbadas por la minería en alta mar probablemente no podrían reponerse en un tiempo razonable.
"El problema es que si hay una comunidad biológica específica para el área, podría verse afectada irremediablemente por la minería", dice Peacock.
Según Cindy Van Dover, profesora de oceanografía biológica en la Universidad de Duke, además de los organismos que viven dentro o alrededor de los nódulos, otros organismos ubicados en otras partes de la columna de agua podrían verse afectados por el desplazamiento de la pluma.
"Podría haber ensuciamiento de las estructuras que alimentan los filtros, por ejemplo, organismos gelatinosos en la columna de agua y entierro de organismos en sedimentos" ella explica. "También podría haber metales entrando en la columna de agua, por lo que existen preocupaciones sobre la toxicología".
La investigación de Peacock sobre plumas podría ayudar a biólogos como Van Dover a evaluar el daño colateral causado por las actividades mineras en alta mar en los ecosistemas circundantes.
Redacción de reglamentos para la explotación del mar.
A través de sus vínculos con el MIT Policy Lab, 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 involucrado en la experimentación y el desarrollo de modelos de pluma, que es esencial para informar el trabajo en curso de la Autoridad Internacional de los Fondos Marinos y sus miembros. socios ", dice Chris Brown, consultor de ISA. Brown fue uno de las docenas de expertos reunidos en el campus del MIT el otoño pasado en un taller sobre los riesgos de la minería en alta mar.
Hasta la fecha, la investigación de campo de Peacock y Alford es el único conjunto de datos de columnas oceánicas basado en el océano para guiar la toma de decisiones. El siguiente paso para comprender cómo se mueven las plumas en el agua es seguir las plumas generadas por un prototipo de vehículo de recolección. Peacock y su equipo del laboratorio NDT se están preparando para participar en un gran estudio de campo utilizando un vehículo prototipo en 2020.
Con el financiamiento reciente del Proyecto de la Hora 11, Peacock y Lermusiaux esperan desarrollar modelos para una predicción cada vez más precisa de cómo se moverán las plumas de minería en las profundidades del océano. Continuarán interactuando con sus colegas académicos, agencias internacionales, ONG y subcontratistas para proporcionar una imagen más clara del impacto ambiental de la minería en alta mar.
"Es importante que todas las partes interesadas intervengan al comienzo de la conversación para ayudarnos a tomar decisiones informadas, de modo que podamos comprender completamente el impacto ambiental de los recursos mineros oceánicos y compararlo con el impacto ambiental. recursos mineros en la tierra ", dice Peacock.
