Dec 23, 2020

Las muchas vidas del cobre

Uno de los comités más antiguos de ASTM aborda el reciclaje del cobre mediante la conformación de un nuevo subcomité.

Por Jack Maxwell

Está por todas partes, aunque en la mayoría de los casos es difícil percatarse de su presencia. Las monedas que tintinean en su bolsillo lo contienen, y forma parte de la placa de circuito de su teléfono celular. Lo encontrará en el cableado y en las tuberías que conducen el agua en su hogar, así como en el motor que impulsa su refrigerador. Puede que lo vea en el techo de su vecina, y si ella toca el saxofón, también podrá escucharlo.

¿Cuál es ese material tan ubicuo? Se trata del cobre, cuyo símbolo de la tabla periódica Cu proviene del latín cuprum en referencia a la isla de Chipre, la mayor fuente de este metal en tiempos del Imperio romano. Su número atómico es el 29, es extremadamente dúctil y un gran conductor de la electricidad y el calor, y como se menciona, se utiliza en una amplísima gama de conocidas aplicaciones de la vida diaria.

El reciente nombramiento de Andy Kireta Jr., vicepresidente de Copper Development Association (CDA) como presidente de la Junta directiva de ASTM International para 2020 (véase la entrevista con él) abre la posibilidad de mirar de cerca el trabajo del comité sobre cobre y aleaciones de cobre (B05) de ASTM International y su subcomité más reciente (B05.08), el cual se enfocará específicamente en temas de reciclaje.

Una larga historia

El cobre es un metal sobresaliente. Como conductor de la electricidad ocupa un segundo lugar solo detrás de la plata, y también es un excelente conductor del calor. Su superficie es inherentemente antimicrobiana y su maleabilidad permite moldearlo en una gran variedad de formas. Estéticamente hablando, el cobre es uno de solo tres metales (el oro y el cesio son los otros) que no muestran un color plateado o gris. Su tono dorado-rosáceo es inmediatamente reconocible.

El uso del cobre data de hace milenios. El ejemplo más antiguo, un lingote encontrado en lo que ahora es el norte de Irak, que se remonta al año 8700 a. de C. No obstante, el verdadero momento del cobre llegó con los albores de la Revolución Industrial como componente clave de sistemas y motores eléctricos, transformadores y generadores.

“Más del 50 % del cobre se utiliza para sistemas y componentes eléctricos”, dice Kireta, quien destaca que los cables y alambres de cobre, y las láminas y tiras de cobre y aleación de cobre para conexiones eléctricas conforman la mayor parte de su uso final.

Kireta menciona otras aplicaciones críticas en las que el cobre es un elemento clave, como los tubos, tuberías y conectores para transportar agua limpia, gases para combustión y uso médico, y refrigerantes para sistemas de climatización. Adicionalmente, “El bronce, el latón y otras aleaciones en forma de barras, varillas y otras presentaciones son materiales básicos para la fabricación de una amplia variedad de piezas mecánicas. Se usan para hacer válvulas, rodamientos y otros componentes en sistemas de plomería, accesorios para la construcción, partes de automóviles y dispositivos eléctricos y electrónicos”, dice.

Hablando de dispositivos, el crecimiento desmedido de las tecnologías de cómputo y teléfonos celulares, la implementación más generalizada de sistemas de energía renovable y la madurez de la industria de los vehículos eléctricos han creado una necesidad de cobre como nunca se había visto. De hecho, el uso per cápita del metal se multiplicó aproximadamente por dos a lo largo de los últimos 50 años según cifras de la CDA.

Evolución de los estándares sobre el cobre

ASTM International ha sido una voz importante en el desarrollo de estándares relacionados con el cobre por más de 100 años. Aunque el comité sobre el cobre y aleaciones de cobre (B05) fue establecido en 1928, varios estándares fundamentales relacionados con el cobre en realidad datan de antes, cuando el metal quedaba dentro del alcance del comité sobre metales y aleaciones no ferrosas (B02) de ASTM. Por ejemplo, las especificaciones estándar de los elementos para la refinación del cobre electrolítico de alta conductividad (ETP) (comité B5) se aprobaron en 1911, y se actualizaron recientemente en 2016.

El comité B05 actualmente comprende siete subcomités técnicos que abarcan la producción y el uso de productos elaborados y semielaborados de cobre y aleaciones de cobre, incluidas las placas, láminas y tiras, varillas, barras y alambres, tubos y tuberías, partes moldeadas y lingotes (para fundición). Seis subcomités adicionales atienden áreas como la terminología y la planeación estratégica.

“Gran parte del trabajo del comité se enfoca en el mantenimiento de los estándares existentes para reflejar los cambios en los procedimientos, métodos y equipos de prueba”, dice Kireta.

Charles Blanton, presidente del comité sobre cobre y aleaciones de cobre, explica que mucho de su trabajo ha tenido históricamente un carácter normativo. “Tienes un espesor de pared máximo o mínimo, y debes adherirte a tal especificación. No obstante, buscamos estándares con base en el desempeño que permitan espesores de pared alternos para los productos de cobre”, dice Blanton, vicepresidente de Seguridad y Salud ambiental de Mueller Industries, un fabricante multinacional de productos de cobre con sede en Tennessee.

Un estándar con esas características fue desarrollado por el subcomité sobre tubos y tuberías (B05.04) y publicado por primera vez en 2016. La especificación estándar para tubos de cobre sin costuras para aplicaciones de climatización (B1003) establecía requisitos de desempeño para las tuberías utilizadas para conectar la bobina del evaporador (interior) y la bobina del condensador (exterior) de los sistemas de bomba de calor y aire acondicionado. Anteriormente no existían estándares ni códigos que controlaran las características de estas tuberías.

Blanton destaca que mientras el comité sobre el cobre en su conjunto se ha concentrado tradicionalmente en el desempeño y el uso, el subcomité técnico más nuevo sobre materiales reciclados (B05.08) explorará temas relacionados con el reciclaje del cobre. Su alcance se aprobó en abril de 2019, y la reunión inaugural de los 19 miembros del subcomité (se espera que se unan más en el futuro) tuvo lugar en octubre de 2018. Aunque su trabajo apenas comienza, la importancia del subcomité para un futuro aún más sustentable de los productos de cobre es evidente.

El valor de la chatarra

Según comenta Adam Estelle, presidente del subcomité B05.08 y director de Varillas y Barras de CDA, el origen del subcomité sobre reciclaje puede encontrarse en las discusiones sobre chatarra de cobre y aleaciones de cobre que tuvieron lugar entre los miembros de su organización. “Estábamos observando problemas en los espacios de procesamiento de latón”, explica. “Los fabricantes de productos de latón enfrentaban problemas de contaminación cruzada en la chatarra de aleaciones con diferente composición. Fue bastante complicado para ellos, cada vez más en algunos casos, tener la capacidad de mantener separada la chatarra de composición diferente para fines de reciclaje”.

No se requirió demasiado tiempo para que Estelle y sus colegas se dieran cuenta de que tales problemas no eran exclusivos de la industria del latón y del hecho de que estaban perjudicando a muchas compañías que incorporaban chatarra en sus productos de cobre y aleaciones de cobre.

“Muchas compañías usan sus propios estándares internos para especificar las condiciones de aceptación para la compra de chatarra para fundición”, dice Estelle; añade que antes de la creación del subcomité B05.08 el comité se encargaba de los problemas de reciclaje de manera incompleta. “Quizá teníamos un párrafo breve o nota al pie para insertar en las especificaciones de producto de alcance más general del comité B05. En algunos casos surtió efecto, pero nos dimos cuenta de que los problemas de mayor extensión necesitaban más que solo insertar un texto en la especificación del producto”.

El reconocimiento de que se requerían especificaciones y estándares independientes con urgencia alentó a Estelle y otras partes interesadas de la industria a analizar la chatarra de cobre bajo una óptica distinta. “Pensemos en la chatarra como un producto valioso, una materia prima que se comercializa entre diferentes partes y tiene un papel importante en la industria”, dice Estelle. “Creemos que existe la oportunidad de encontrar puntos de coincidencia y desarrollar nuevos estándares que beneficien tanto a productores como a consumidores de chatarra. Desde la perspectiva de la estandarización, tiene sentido reservar un espacio aparte para atender los problemas específicos relacionados con la chatarra y el reciclaje en lugar de tratar de resolverlos indirectamente mediante los estándares de producto”.

Muchos de los desafíos que implica el reciclaje de cobre tienen su origen en una de sus mayores ventajas: la capacidad de combinarse con otros elementos para crear aleaciones que cumplan con las exigencias particulares de diversas aplicaciones finales. Estas aleaciones incluyen el latón (cobre con zinc), el bronce (cobre con estaño), el cuproníquel, y muchas otras familias de aleaciones especiales. Actualmente existen cerca de 800 aleaciones de cobre con formulaciones químicas únicas registradas en el sistema unificado de numeración (UNS). El UNS fue desarrollado por el Instituto Nacional Estadounidense de Estándares en 1974 para numerar uniformemente los metales y aleaciones comerciales en los EE. UU. Este sistema es administrado conjuntamente por SAE International y ASTM International.

“En cada una de estas categorías se añaden al cobre elementos de aleación principales y secundarios que permiten mejorar características específicas como la fuerza, la resistencia a la corrosión, la conformabilidad y la facilidad para mecanizar”, dice Kireta.

Irónicamente, la gran versatilidad del cobre supone desafíos para su reciclaje. Aunque el cobre puede reciclarse una y otra vez casi sin perder sus propiedades benéficas, separar diferentes aleaciones en la línea de desechos antes de reciclarlas es complicado, especialmente cuando se trata de chatarra al final de su vida útil o posconsumo. Y la introducción de nuevos elementos de aleación como el bismuto, el silicio o el selenio añaden complejidad adicional a las labores de reciclaje.

Conformar el comité sobre reciclaje fue un primer paso importante. Como señala Estelle, “Nuestra prioridad principal es proteger la viabilidad técnica y económica de la línea de desechos de cobre y aleaciones de cobre. Lo lograremos desarrollando especificaciones, métodos de prueba, procedimientos y guías relacionados con los materiales reciclados o recuperados de cobre y aleaciones de cobre con la intención de producir nuevos productos mediante refundición, refinación a fuego, fundición y refinación.”

Resolver los problemas del proceso de reciclaje del cobre supone dos desafíos principales: distinguir entre múltiples familias de aleaciones distintas que pueden y no pueden reciclarse juntas, y enfrentar una gama creciente de diseños de productos que complican la recuperación del cobre al llegar a la línea de desechos.

“A lo largo de los años, la línea de reciclaje se ha vuelto más compleja, y como resultado estamos enfrentando nuevos desafíos técnicos”, dice Estelle. “Muchas aleaciones de cobre lucen idénticas y son difíciles de separar mediante técnicas convencionales como la clasificación manual o el uso de analizadores de mano, y conforme añadimos más y más elementos de composiciones diferentes a nuestra línea de reciclaje, descubrimos que no todos ellos son compatibles con el resto al momento de reciclarlos. Así que tenemos el reto de encontrar la manera de crear sistemas de reciclaje de lazo cerrado y de garantizar que las aleaciones incompatibles no se mezclen en la línea de desechos. Pero esto es mucho más fácil de decir que de hacer desde un punto de vista práctico”.

Otro desafío son los productos bimetálicos como los cables de aluminio recubierto de cobre, que pueden ser difíciles de detectar. Consistentes en un alma de aluminio protegida por una funda de cobre sólido, dichos productos ofrecen peso y costo menores en comparación con las alternativas de cobre sólido. El problema se presenta a la hora de reciclar.

“Una vez retirado todo ese material de un edificio, este comúnmente se divide en trozos cortos llamados tajos que las compañías lanzan al horno para refundirlos”, dice Estelle. “Parece cobre por fuera, pero tiene alma de aluminio. Es algo sumamente difícil de detectar, y una vez que se lanza al horno, incluso en pequeñas concentraciones, pueden presentarse grandes problemas en el proceso de refundición”.

Una pregunta, explica Estelle, es si el subcomité puede desarrollar una metodología coherente para obtener muestras representativas al inspeccionar diferentes tipos de chatarra en busca de contaminantes. “Si contamos con un método reproducible que usted pueda usar para detectar de mejor manera las impurezas desfavorables y evitar introducirlas en el horno, tiene sentido escribirlo y difundirlo de manera estandarizada”, dice.

La promesa de la sustentabilidad

En un sentido muy importante, el cobre ya presenta una enorme ventaja en términos de un futuro sustentable: su capacidad casi infinita para reciclarse. Increíblemente, un 75 % de todo el cobre producido desde el año 1900 está en uso todavía. Puede que no sea en la forma del producto original, pero el metal continúa siendo útil como la parte reciclada de otros productos de cobre, e incluso puede ya haber sido reciclado varias veces.

“En promedio, los productos de cobre producidos ahora contienen un 35 % de material reciclado posconsumo, y cerca de 10 millones de toneladas de cobre se reciclan cada año”, explica Kireta. “Esto no solo reduce la demanda de cobre recién extraído de las minas, sino que también ahorra energía y emisiones de dióxido de carbono”.

La reciente incorporación de dos nuevas aleaciones de cobre en varillas —C11020 y C11025 UNS— a la especificación estándar de las varillas de cobre para uso eléctrico (B49) ilustra los avances en el uso de materiales reciclados para crear nuevos productos de cobre. Estas aleaciones se elaboran en su mayoría a partir de materiales reciclados posindustriales y posconsumo, los cuales se convierten en varillas de cobre que tradicionalmente se fabricaban a partir de aleaciones refinadas de cobre virgen.

Desde el punto de vista de Kireta, un problema importante que enfrenta la industria del cobre tiene que ver menos con el metal en sí y más con las personas que lo extraen del suelo. “Dado que la minería de cobre se concentra en regiones subdesarrolladas o en vías de desarrollo, la sustentabilidad de la minería debe ver más allá del uso responsable del metal y enfocarse más en el aprovisionamiento responsable para atender factores relacionados con la gestión local de factores humanos, económicos, laborales y ambientales, y garantizar que el desarrollo de este recurso se convierta en una fuerza productiva para la población local”, dice.

Aunque las nuevas iniciativas de sustentabilidad puedan comenzar desde la mina, Kireta cree que tales esfuerzos deben involucrar un enfoque integral (llamado “de cuna a cuna”). “Quiere decir algo más que enfocarse en la sustentabilidad de la minería”, dice. “Significa efectuar una buena gestión del cobre como material a lo largo de todo su ciclo de vida, desde la mina hasta la fabricación de productos semielaborados y terminados, pasando por su instalación y uso, y finalmente, hasta llegar a su recuperación, reutilización y reciclaje al final de la vida útil de los productos”.

Los miembros del comité sobre el cobre y su nuevo subcomité sobre reciclaje están trabajando arduamente para apoyar estos esfuerzos de sustentabilidad. El nuevo subcomité y el enfoque de la industria hacia la sustentabilidad avanzan de la mano en sus labores, y con la participación del comité sobre sustentabilidad (E60) de ASTM impulsan una agenda que incluye la mejora de la transparencia de los productos y la búsqueda de nuevas maneras de mejorar el perfil del cobre en términos de impacto ambiental, consumo de energía y recursos, y creación y reutilización de residuos.

Jack Maxwell es un escritor independiente que reside en Westmont, Nueva Jersey, EE. UU.