English version here.

Transición energética: ¿tenemos sustitutos del cobre?

La transición energética que estamos atravesando depende, entre otras cosas, de un metal: el cobre. Las redes eléctricas, los motores de los vehículos eléctricos, las turbinas eólicas, los paneles fotovoltaicos, los centros de datos que sostienen la inteligencia artificial, las baterías que almacenan electricidad para cuando no haya sol ni viento… todos contienen cobre, todos en cantidades más o menos significativas, y todos están creciendo a la vez. Y con respecto a la pregunta económica y geopolítica del próximo cuarto de siglo, las proyecciones más serias publicadas a comienzos de 2026, desde S&P Global¹ hasta el análisis de Cathles et al. en Energy Research & Social Science,² coinciden en que no habrá lo suficiente de cobre al ritmo que exige la electrificación. Para un análisis profundo sobre las implicaciones de la electrificación en el equilibrio entre oferta y demanda de cobre, pueden consultar este artículo de Raw Science.

Una de las respuestas más habituales es que dispondremos de sustitutos. Y aquí es donde el debate se vuelve más complejo, ya que «sustituir el cobre» significa cosas muy diferentes según la aplicación industrial de la que estemos hablando. En la literatura técnica y la prensa especializada se mezclan al menos cuatro situaciones que deberían mantenerse separadas y que constituyen el tema central de este artículo: (i) la sustitución generalizada del cobre por aluminio, (ii) la sustitución específica del cobre por fibras de nanomateriales, (iii) la eliminación del cobre del sistema cambiando la química o la tecnología en sí misma, y (iv) otros casos particulares, como las interconexiones dentro de los chips de próxima generación.

Antes de analizar cada uno de los enfoques, quisiera introducir un ejemplo ilustrativo que ayude al lector a entender por qué este debate debe abordarse con especial cuidado. En enero de 2025, un equipo de la Universidad de Texas en Austin, en colaboración con la Universidad de Nuevo México y los Laboratorios Nacionales de Los Álamos,³ se propuso replicar dos resultados que llevaban años circulando en presentaciones industriales y rondas de inversión: según esos informes, ciertos composites de grafeno y cobre mostraban una conductividad eléctrica entre un 14 % y un 17 % superior a la del cobre puro, sin aumento de masa.⁴ Sin embargo, cuando el grupo de investigación reprodujo las muestras y realizó mediciones con un análisis exhaustivo de las fuentes de error, los resultados fueron mucho menos espectaculares: las muestras conducían exactamente igual que el cobre puro, dentro del margen experimental. La discrepancia con los estudios originales se explicaba en gran parte por errores sistemáticos de medición, entre ellos el uso de un micrómetro de punta que deformaba ligeramente el cobre recocido al medir su espesor, introduciendo así una sobreestimación del 9–11 % en la conductividad calculada. La pequeña mejora real que sí se mantuvo, es decir, una reducción del 3 % en la pérdida de eficiencia del conductor al calentarse, dentro del rango de temperaturas típico de un motor, resultó deberse a una reorganización microestructural del cobre durante el procesado, y no a la contribución del grafeno como vía electrónica adicional.

Este caso ilustra una idea que me gusta emplear a lo largo de toda la serie Raw Science y que también enmarca este artículo: primero el sistema, después la cifra. Antes de incorporar un número de laboratorio a un modelo industrial o a una estrategia de inversión, considero fundamental saber cómo se midió y por qué. Y antes de decidir qué material va a reemplazar al cobre en una aplicación crítica, estimo imprescindible contar con una replicación independiente de la propiedad que justifica su elección. La metrología, lejos de ser un detalle académico, constituye el primer eslabón de una cadena de decisiones industriales y energéticas que, en este momento, mueve cientos de miles de millones de euros.

El artículo recorre las cuatro categorías que mencioné anteriormente una a una: dónde el cobre sí se está sustituyendo realmente, dónde podría hacerlo en la próxima década, dónde sigue siendo insustituible por razones físicas existentes y qué dependencias nuevas aparecen cada vez que un sustituto avanza.

1. Los cuatro regímenes de sustitución del cobre

Como mencioné en la introducción, cuando hablamos de sustitutos del cobre, conviene separar al menos cuatro regímenes que tienen poco en común:

1. Sustitución masiva en conductores convencionales de potencia y transporte, es decir, líneas de transmisión, barras colectoras, devanados de motor y ciertos cables de potencia. Aquí el competidor real es el aluminio, un sustituto maduro y ya ampliamente usado cuando el ahorro de coste y peso compensa su menor conductividad volumétrica.
2. Sustitución en aplicaciones críticas por peso, tales como cableado aeronáutico, ciertos arneses y algunos motores de alta densidad de potencia. En este sector entran en juego fibras y cables basados en nanotubos de carbono (del inglés, CNT, carbon nanotubes), así como composites Cu-CNT o Cu-grafeno. Como veremos, estas son tecnologías prometedoras, pero todavía mayoritariamente precomerciales o de nicho.
3. Sustitución por rediseño arquitectónico y no por reemplazo directo del material. Por ejemplo, cables superconductores de alta temperatura en corredores urbanos muy congestionados, o colectores de corriente de aluminio en baterías de ión sodio. En estos casos, el cobre deja de ser necesario en una función concreta porque cambia la arquitectura misma del sistema.
4. Interconexiones nanoelectrónicas, es decir, metalización e interconexión dentro de chips en nodos avanzados. En este dominio, el cobre afronta problemas de escalado por resistividad, barreras y dispersión en dimensiones nanoscópicas; por eso se están investigando semimetales topológicos como NbP (fosfuro de niobio), NbAs (arseniuro de niobio) y otros candidatos similares, todavía en fase de investigación aplicada.

Estoy de la opinión de que una evaluación honesta debería mantener estos regímenes separados, ya que sus límites técnicos, económicos y temporales pueden llegar a ser distintos.

2. ¿Cuánto cobre se puede sustituir realmente?

La pregunta parece simple: si tenemos sustitutos… aluminio, fibras de carbono, baterías sin cobre, superconductores, ¿hasta dónde puede llegar la sustitución? ¿Es un 5% del cobre que usamos hoy? ¿Un 30%? ¿La mitad?

El estado actual de la sustitución del cobre

La International Copper Association publica periódicamente una encuesta en la que pregunta a las empresas que utilizan cobre qué porcentaje de su material está siendo sustituido por otros materiales. La encuesta de 2022 reveló que, cada año, alrededor del 1,3 % del consumo anual de cobre era sustituido por otros materiales, principalmente aluminio. Se trata de una cifra pequeña, pero estable.⁵

¿Por qué es tan lenta la transición para dejar de usar el cobre?

En muchas aplicaciones eléctricas, los fabricantes ya han invertido en diseños basados en el cobre, pruebas de homologación, formación de instaladores, terminales, conectores y maquinaria de producción, por lo que pasar al aluminio no es solo un cambio de material, sino todo un proceso de rehomologación y rediseño. El aluminio puede funcionar bien, pero a menudo requiere conductores de diferentes dimensiones, terminaciones específicas y un control minucioso de la formación de óxido y la fiabilidad de las uniones, lo que aumenta los costes de ingeniería y de cumplimiento normativo. Los economistas calificarían gran parte de esa inversión como coste hundido, y el cambio suele merecer la pena solo cuando la prima de precio del cobre es lo suficientemente grande y persistente como para justificar las dificultades. Por eso la sustitución puede producirse rápidamente en algunos segmentos y seguir siendo lenta en otros, incluso cuando suben los precios del cobre.⁶

Un estudio econométrico de 2025 realizado por Soares et al.⁷ confirma esta intuición utilizando datos sobre el consumo mundial de cobre entre 1960 y 2019. Los investigadores descubrieron que los consumidores y los fabricantes vuelven a recurrir al cobre a medida que el precio del aluminio se encarece. Sin embargo, la magnitud de este efecto es más bien modesta y en la práctica, esto significa que ni siquiera los cambios importantes en los precios del aluminio llevan a un abandono masivo del cobre. Las barreras técnicas, los costes de certificación y las compensaciones de rendimiento que hemos comentado anteriormente son los que hacen que la sustitución sea lenta y constante, independientemente de las señales de los precios.

Proyecciones para la sustitución del cobre

La literatura especializada ofrece tres puntos de referencia, separados en el tiempo y en el grado de optimismo. Henckens y Worrell,⁸ en un análisis conservador de cara a la planificación europea de recursos, estimaron que solo alrededor del 10 % del cobre que utilizamos hoy tiene sustitutos plenamente funcionales, principalmente en aplicaciones no eléctricas como tejados, canalones, radiadores y tuberías de agua, donde plásticos y aluminio ya hacen el trabajo sin pérdida de prestaciones.

En el otro extremo, Reijnders ⁹ argumentó que se podría llegar al 60 % si se asume desarrollo agresivo de la investigación y disponibilidad sin restricciones de los materiales sustitutos: una hipótesis optimista que requiere que las fibras de carbono, los superconductores y las nuevas químicas de batería maduren mucho más rápido de lo que han madurado en la última década.

Y entre ambos, el estudio de referencia de Graedel y colaboradores¹⁰ proyectó un 40 % contando con cualquier sustituto cuyo desempeño fuera «adecuado» o mejor, es decir, aceptando alguna pérdida de eficiencia o un mayor volumen de material a cambio de mantener la funcionalidad.

Este rango entre el 10 % y el 60 % refleja, en cifras, la realidad del debate técnico, pero lo que realmente importa es que la sustitución del cobre no se distribuya de manera uniforme en todas las aplicaciones. El aluminio, por ejemplo, funciona de maravilla en las líneas de alta tensión, pero no es suficiente en los motores eléctricos, donde el espacio para los devanados es limitado. La fibra óptica ya ha sustituido al cobre en las telecomunicaciones, pero no puede utilizarse para transmitir potencia. Y los plásticos resolvieron el problema de las tuberías hace décadas. Entonces, mi pregunta es más bien, ¿en qué aplicaciones específicas, a qué ritmo y a qué coste podemos sustituir el cobre?

3. Sustitución masiva en conductores convencionales

3.1 Sustitución de cobre por aluminio: el sustituto a escala

El aluminio es, a día de hoy, el único sustituto que se despliega masivamente. Sus limitaciones fundamentales vienen dictadas por la física: un 61 % de IACS frente al 100 % del cobre, una densidad equivalente al 30 % de la del cobre y una capacidad calorífica específica que duplica con diferencia la del cobre. Como consecuencia, para transportar la misma corriente, un cable de aluminio requiere aproximadamente 1,6 veces la sección transversal de un cable de cobre. La Tabla 1 resume el estado actual de la sustitución del cobre por aluminio en aplicaciones eléctricas y de potencia, destacando donde se encuentra en sustitución activa, donde es posible solo mediante rediseño y donde no es viable por restricciones químicas.

Como resume la Tabla 1, existen varias aplicaciones donde el aluminio ya sustituye al cobre o donde se está integrando, pero quiero enfatizar que es muy bien conocido que la intensidad energética de la producción primaria del aluminio es de 4 a 5 veces superior a la del refinado del cobre por tonelada. Cualquier evaluación completa de la huella de carbono debería tenerlo en cuenta. Aunque es cierto que esta desventaja puede compensarse parcialmente con la reducción de peso del vehículo a lo largo de su vida útil, esa compensación no es automática ni inmediata.

En este contexto, la frontera de I+D se centra en varias líneas prometedoras: aleaciones avanzadas (Al-Mg-Si, Al-Zr, Al-Ce, Al-Fe), conductores HTLS (high-temperature low-sag) para el reconductoreo de redes , y composites de aluminio-grafeno producidos mediante extrusión asistida por cizalla (como el proceso ShAPE del PNNL). Estos últimos reportan mejoras de conductividad cercanas al 7% respecto al aluminio puro, junto con una reducción del coeficiente de temperatura de la resistencia, mantenidas incluso en hilo a escala métrica . No obstante, la validación independiente de estos resultados (similar a la realizada por Khanbolouki et al. en sistemas Cu-grafeno) sigue pendiente y será determinante para su adopción.¹¹

4. Sustitución en aplicaciones críticas

4.1 Fibras de nanotubos de carbono

Los nanotubos de carbono (CNT) parten de una idea conceptualmente sencilla, pero con consecuencias extraordinarias. Si tomamos una lámina de grafeno (esto es, una única capa de átomos de carbono dispuestos en una red hexagonal) y la enrollamos sobre sí misma hasta formar un cilindro de apenas unos nanómetros de diámetro y de una longitud que puede ir desde micras hasta centímetros, obtenemos un nanotubo de carbono.

Recibe el Raw Science Brief en tu correo.

Sistemas energéticos, materiales críticos, geopolítica.

Un nanotubo individual puede alcanzar conductividades eléctricas y térmicas excepcionalmente altas, así como una resistencia mecánica muy superior, en algunos casos, a la de muchos materiales convencionales. Sin embargo, el desafío fundamental radica en que estas propiedades físico-químicas son intrínsecas al comportamiento de un nanotubo casi perfecto y aislado. En la práctica, esto implica que un cable usado en el mundo real requiere millones de nanotubos ensamblados, conectados y estabilizados entre sí. Y precisamente ahí radica el problema: un cable formado por millones de nanotubos pierde, en buena medida, esas propiedades extraordinarias que los CNTs poseen a escala nanoscópica.

Distinguir entre el comportamiento individual y el colectivo ha sido uno de los ejes del campo durante años. Entender esa diferencia es esencial para no confundir las promesas del laboratorio con la realidad de los productos industriales.

Por qué una fibra de nanotubos no se comporta como un nanotubo

Cuando millones de nanotubos se reúnen en una fibra macroscópica, los electrones ya no viajan por un único canal continuo, ya que tienen que atravesar una red de contactos entre tubos, y cada contacto introduce resistencia adicional. Cuanto peor alineados están los nanotubos, cuanto más cortos son y cuanto mayor es la porosidad o el vacío entre ellos, mayor es la resistencia total.

La conductividad de un nanotubo individual es una propiedad del material ideal; la de una fibra de nanotubos depende en gran medida de su empaquetamiento, su alineación, su densificación, su dopaje y la calidad de sus interfaces internas.

Una de las revisiones más completas y recientes en este campo, publicada en 2025 por Mikhalchan y colaboradores,¹² resume precisamente esta tensión entre el potencial intrínseco de los nanotubos y el rendimiento real del material ensamblado. En su trabajo, los autores mostraron que fibras de carbono con una elevada alineación (FWHM ~7°) alcanzaron una conductividad de 2 × 10⁶ S/m, lo que equivale aproximadamente al 3% de la conductividad del cobre. Este valor parece representar el techo teórico para ensamblajes idealmente estructurados de fibras de CNT prístinas. Sin embargo, al añadir dopantes ácidos, la conductividad de las fibras aumentó hasta 11,2 × 10⁶ S/m, es decir, un 19% de la conductividad del cobre. Más impresionante aún, el dopaje con materiales poliméricos logró alcanzar una conductividad equivalente al 98% de la del cobre, un logro tecnológicamente maravilloso en mi opinión.

Cobre y nanotubos juntos: la línea más prometedora

Aunque, estrictamente hablando, los híbridos de cobre y CNT no representan una estrategia para sustituir al cobre, merece la pena mencionarlos en este artículo, pues se encuentran entre los mejores candidatos para aplicaciones de alta conductividad, con ejemplos superando la conductividad del cobre de más del 50%.¹³ Estos sistemas híbridos consisten en un núcleo o una matriz de nanotubos que actúa como andamiaje mecánico, mientras que el cobre proporciona la vía conductora, con una elevada sección efectiva. En otras palabras, el cobre aporta la conductividad volumétrica que las fibras puras de CNT aún no logran de manera generalizada; los nanotubos, por su parte, contribuyen con ligereza, resistencia mecánica y un potencial significativo de ahorro de material.

El estado industrial de los CNT: del laboratorio a la fábrica

Por más fanática y optimista que sea del desarrollo tecnológico, también me interesa mirar con honestidad qué puede traducirse realmente del laboratorio a la industria: la traducción industrial más visible de las fibras de nanotubos no pasa simplemente por sustituir al cobre en redes eléctricas, sino más bien por aplicaciones donde su ligereza, resistencia y estabilidad química ofrecen una ventaja directa. Y aún así quedan barreras serias. El coste sigue siendo el primer obstáculo, sin una economía de escala comparable a la del cobre, a día de hoy. A eso se suma el problema de la interfaz: son materiales porosos, y conectarlos de forma fiable a terminales, soldaduras o crimpados sigue siendo un reto de ingeniería, porque un cable no solo tiene que conducir, también tiene que enchufarse bien. Está además la inestabilidad del dopaje: muchos de los mejores resultados eléctricos dependen de dopantes que se degradan o migran bajo humedad, temperatura o ciclos térmicos, comprometiendo la fiabilidad a largo plazo. Sin embargo, empiezan a aparecer señales interesantes de aplicaciones industriales reales.

DexMat, por ejemplo, empresa con sede en Houston y surgida del trabajo académico en Rice vinculado a Matteo Pasquali, desarrolla la fibra Galvorn mediante un proceso de wet-spinning. La compañía afirma que su material alcanza una resistencia a tracción de unos 3 GPa, una densidad de 1,6 g/cm³ y una conductividad eléctrica de hasta 10 MS/m. También asegura que en 2025 multiplicó por 2,5 sus ingresos por volumen y que ha recortado en un 96% sus costes desde la etapa pre-seed. En paralelo, DexMat ha sellado una colaboración con Prysmian, uno de los grandes fabricantes mundiales de cables, para explorar una nueva generación de conductores de alta tensión basada en Galvorn.

Por otra parte, una demostración académica de particular relevancia es la desarrollada por el Instituto de Ciencia y Tecnología de Corea (KIST), que en 2025 presentó un motor eléctrico completamente exento de componentes metálicos. Este dispositivo emplea conductores de tipo núcleo-camisa fabricados exclusivamente a partir de nanotubos de carbono (CNT) mediante el proceso conocido como LAST (lyotropic liquid-crystal-assisted surface texturing).¹⁴ El prototipo alcanzó una velocidad rotacional específica solo un 6 % inferior a la de un motor equivalente basado en cobre, un resultado notable para una primera demostración tecnológica. Sin embargo, el principal obstáculo para su viabilidad práctica radica en los costes de producción. Mientras que el conductor de CNT (CSCEC) presenta un coste estimado de 375–500 USD/kg, el cobre convencional se sitúa en torno a 10–11 USD/kg.¹⁵ Esta relación de costes de aproximadamente 40:1 difícilmente podría ser superada mediante curvas de aprendizaje convencionales en un horizonte temporal de una década.

5. Sustitución por rediseño arquitectónico

5.1 Superconductores de alta temperatura

Los superconductores de alta temperatura (HTS) son materiales que, por debajo de una temperatura crítica, entran en un estado superconductor con resistencia eléctrica nula en corriente continua bajo condiciones adecuadas. La generación actual 2G, basada en cintas REBCO como YBCO o GdBCO, suele operar con nitrógeno líquido en torno a 65–77 K, mucho más accesible que los sistemas criogénicos basados en helio líquido que exigían los superconductores clásicos. La consecuencia práctica es brutal: en aplicaciones de potencia, un solo cable HTS puede superar los 3 GW, y algunas referencias industriales sitúan la densidad de corriente de cintas REBCO 2G en nitrógeno líquido en torno a 200 veces la de cables resistivos convencionales.¹⁶

Hoy la economía de los HTS suele cerrar sobre todo en aplicaciones concretas, donde la densidad de potencia, el espacio o el peso compensan el coste de la criogenia. La transmisión urbana densa es una de ellas: en ciudades el derecho de paso es escaso y caro, y AmpaCity en Essen demostró desde 2014 un enlace HTS de 1 km en red de distribución.¹⁷ También existen soluciones comerciales para data centers urbanos, y Airbus desarrolla Cryoprop, un demostrador de propulsión eléctrica superconductora de 2 MW para aviación de hidrógeno.¹⁸ Los limitadores superconductores de corriente de fallo ya se están desplegando comercialmente, y la fusión ha sido un motor importante del repunte de inversión en REBCO/HTS desde 2022.

Los TRL actuales (ENTSO-E 2024) reflejan un campo todavía a medio camino entre demostración y despliegue, pero el mercado mundial de cable HTS de potencia se estima en ~174 millones USD en 2024, con proyección a ~578 millones en 2032 (CAGR ~16%).

5.2 Baterías de sodio-ion para eliminar el cobre

En una celda de litio-ion, el colector de corriente del ánodo tiene que ser cobre porque el aluminio se alea con el litio a bajos potenciales. El sodio no forma esa aleación, así que en baterías de sodio-ion (SIBs) y de sodio metálico (SMBs) tanto el cátodo como el ánodo pueden usar colectores de aluminio. El ahorro práctico en el par de colectores es de aproximadamente dos tercios del coste respecto a una celda Li-ion equivalente, con la ventaja añadida de que el aluminio de calidad batería es más ligero y más barato. El lector interesado en las baterías de ión sodio y, de forma más general, en las tecnologías de larga duración puede consultar este artículo para ampliar la información.

Desde el punto de vista del desarrollo académico, una revisión en Energy & Environmental Science¹⁹ sobre electrolitos e interfases para baterías de sodio anódicamente libres destacó la arquitectura del colector de corriente como estrategia clave y señaló la sustitución de cobre por aluminio en el colector anódico como una base ampliamente aceptada del diseño del sistema. En paralelo, Nature Communications publicó un trabajo de Tang, Yang et al.²⁰ sobre un colector de aluminio monocristalino obtenido por calcinación a alta temperatura, que permitió 500 ciclos con 99.9% de eficiencia coulómbica y celdas simétricas estables durante 2500 h en una condición de ensayo. También aparecieron otros trabajos sobre colectores de aluminio porosos o intermetalizados funcionalizados como huéspedes sodiófilos.

En 2025 la realidad industrial siguió siendo más compleja. CATL, empresa china líder mundial en baterías para vehículos eléctricos, presentó Naxtra y Freevoy en abril, con Naxtra como su batería de ión sodio de producción masiva y con cifras anunciadas de 175 Wh/kg, más de 10.000 ciclos y 500 km de autonomía, mientras Freevoy introdujo una arquitectura de doble potencia sodio/LFP. En paralelo, Natron Energy cesó sus operaciones en septiembre de 2025 tras no lograr financiación suficiente, mostrando que la comercialización del ión sodio sigue siendo incierta. Desde el punto de vista de los costes, el sector de las baterías de ión sodio aún no había alcanzado la madurez en materia de tecnologías de ión litio, aunque IRENA (International Renewable Energy Agency) señaló que los costes podrían reducirse hasta situarse en torno a los 40 dólares por kWh a gran escala, si bien esto no garantiza una adopción generalizada.²¹

6. Interconexiones nanoelectrónicas

6.1 Fosfuro de niobio: ¿el semimetal para chips de nueva generación?

El NbP (fosfuro de niobio) es lo que se llama un semimetal topológico: una clase relativamente nueva de materiales en los que los electrones se comportan de forma cuánticamente protegida, lo que les permite moverse por la superficie del material casi sin dispersarse. En el bulk, es decir, en una pieza gruesa, el NbP es un conductor mediocre, peor que el cobre. Pero en películas ultradelgadas, por debajo de 5 nm de espesor y sin necesidad de que sean monocristalinas, esa conducción superficial domina sobre la del interior, y el material se vuelve relativamente más conductor cuanto más fino, superando al cobre debajo de 5 nm y alcanzando una resistividad de ~34 μΩ·cm a 1.5 nm de espesor.²²

¿Por qué estructuras a este nivel pueden ser importantes? Dentro de un chip moderno, los transistores se conectan mediante interconexiones metálicas de cobre. A medida que la industria reduce el tamaño de los nodos, esas interconexiones también deben estrecharse, y en escalas nanométricas la resistividad efectiva del cobre aumenta por la dispersión de electrones en superficies y fronteras de grano. Esto impone un límite de escalado y eficiencia para los chips de próxima generación, justo cuando el despliegue masivo de IA y la expansión de los centros de datos incrementan la demanda de cómputo, energía y ancho de banda interno. En ese contexto, una película ultradelgada de NbP podría ser una solución tecnológica prometedora para las conexiones más finas. Tengas en cuenta, además, que bajo la proyección S&P Global de 2026 la demanda de cobre por data centers aproximadamente se duplica de ~1.1 Mt en 2025 a ~2.5 Mt en 2040.¹

Implicaciones

El consenso acepta que existen sustitutos del cobre y que escalarán; en mi opinión, lo que se pasa por alto es que la sustitución opera en cuatro regímenes estructuralmente distintos, con horizontes temporales, costes y cuellos de botella radicalmente diferentes. La tesis de inversión que trata de «alternativas al cobre» como una categoría unificada, ya sea alcista sobre las startups de CNT o bajista sobre los industriales intensivos en cobre, está modelando un sistema que aún podría no existir.

El régimen del aluminio ya ha agotado su recorrido, allí donde la física lo permite.

La sustitución por aluminio es madura, avanza a más del 1% anual y está acotada por restricciones físicas y electroquímicas duras que no veo aflojarse en un horizonte relevante para la inversión. La evidencia econométrica de Soares et al. confirma que la elasticidad de sustitución es modesta incluso bajo grandes oscilaciones de precio, porque las barreras son fundamentalmente estructurales: capital hundido en utillaje, plazos de cualificación, fiabilidad de conectores y gestión del óxido. En mi lectura, el techo de sustitución depende menos de que el precio del cobre cruce algún umbral y más de qué aplicaciones pueden absorber la penalización de sección transversal de aproximadamente 1,6× que el aluminio arrastra.

Las aplicaciones donde, en mi opinión, el aluminio simplemente no puede sustituir al cobre son precisamente las que están impulsando la demanda de la electrificación. Los motores de tracción de EV de alta densidad de potencia son el ejemplo más limpio: la restricción vinculante es la densidad volumétrica de potencia y el factor de relleno de ranura, y aumentar la sección del conductor en 1,6× dentro de un motor de 400–800 V y 150+ kW significa rediseñar el motor en torno a un paquete más grande y pesado. Existen devanados hairpin de aluminio en sistemas de 48 V de menor potencia, pero Tesla, probablemente el OEM más agresivo en costes, sigue usando hairpins de cobre en sus motores de tracción, y leo eso como la señal de preferencia revelada. Del lado de la batería, la restricción es electroquímica: el aluminio se alea con el litio por debajo de ~0,3 V vs Li/Li⁺, lo que lo descarta como colector de corriente del ánodo. Funciona bien como colector de corriente del cátodo, a potenciales más altos, donde se pasiva, lo que significa que el cobre no está siendo reemplazado dentro de la celda en ningún sentido relevante. Y el rango de sustitución del 10–60% que circula en la literatura refleja exactamente esta segmentación, pero en mi opinión el posicionamiento de cartera suele confundir los dos extremos de ese rango. Si modelo una reducción de la demanda de cobre por sustitución, no me pregunto «cuánto cobre puede ser reemplazado» en agregado; me pregunto qué porción ya ha sido reemplazada en aplicaciones no eléctricas, es decir, fontanería (en gran medida resuelto en obra nueva vía PEX), intercambiadores de calor automotrices (parcialmente resuelto con aluminio), parte del HVAC, y si la demanda eléctrica restante se moverá siquiera en un horizonte que importa para la asignación de capital. Son preguntas distintas con respuestas distintas, y mezclarlas produce la curva de demanda equivocada.

Para procurement europeo y reconductoring de red, yo separaría dos cosas que suelen empaquetarse juntas. Los conductores de aluminio HTLS (ACSS, ACCC, ACCR) ya no son realmente una tecnología frontera: el ACCC de CTC Global ya está desplegado a escala en EE. UU. y cada vez más en Europa, y el cuello de botella real para el reconductoring europeo está principalmente en los permisos y el ritmo de despliegue, no en el conductor en sí. La frontera de I+D real está en los compuestos de aluminio-grafeno: el proceso ShAPE del PNNL ha demostrado un aumento de conductividad de aproximadamente 7% respecto al aluminio puro en cables de 1 metro de longitud, con apoyo financiero de Norsk Hydro y la aparición de investigación académica independiente sobre sistemas AA3003 y grafeno. Lo que todavía querría ver es el coste a escala, fiabilidad a largo plazo bajo ciclado térmico, y la posibilidad de trefilarlo en hilo de calibre fino.

Un matiz que creo que se subvalora: el mismo proceso ShAPE está produciendo compuestos de cobre-grafeno con ~5% de ganancia de conductividad y una reducción de 11% en el TCR, y GM ha probado ese cable para aplicaciones de motor. Si el cobre-grafeno madura en una línea temporal similar, el caso de cambiar los devanados de motor a aluminio-cualquier-cosa se debilita aún más, porque la ventaja de conductividad volumétrica del cobre simplemente se agranda. Así que en mi opinión, el encuadre más honesto es: la sustitución por aluminio está esencialmente completa donde la física lo permite, y estructuralmente acotada donde la densidad de potencia o la electroquímica son vinculantes.

Lo que cambiaría mi visión: cualificación a gran escala de compuestos aluminio-CNT por debajo de USD 15/kg con conductividad validada por encima del 70–80% IACS (significativamente por encima del ~61% IACS del aluminio puro, que es la verdadera vara), combinada con interfaces de crimpado estables que sobrevivan al ciclado térmico. Esa combinación reabriría la vía del devanado de motor, y el problema de crimpado/terminación es el modo de fallo silencioso que la mayor parte de la cobertura ignora. Sin ese avance, el aluminio no es la palanca que yo modelaría para aliviar la tensión sobre el cobre en la electrificación.

La economía de los nanotubos de carbono no cierra fuera del sector aeroespacial y de defensa en una década.

El motor sin metal de KIST (Ryu et al. 2025) es un hito técnico genuino, pero en mi lectura, el titular «paridad cercana con el cobre» puede estar sobrerreportado. El cable de CNT en sí alcanzó 7,7 MS/m, aproximadamente el 13% de la conductividad volumétrica del cobre. El motor giró a 3.420 RPM a 3 V frente a las 18.120 RPM del equivalente en cobre, así que en rendimiento eléctrico absoluto es unas 5× más lento. El hito real está normalizado por peso: la velocidad rotacional específica fue solo ~1,06× inferior a los motores basados en cobre, porque los CNT son menos densos que el cobre. Esta distinción ilumina aplicaciones donde el peso es un factor crítico (drones, industria aeroespacial, CubeSats), pero dice muy poco sobre aplicaciones con restricciones de volumen, como líneas eléctricas o motores estacionarios.

La ratio de coste refuerza la segmentación. El polvo de CNT multipared de grado industrial está en torno a USD 150–600/kg, los materiales de fibra conductora de CNT monopared a USD 400–1.000+/kg (Galvorn de DexMat, Tortech, sistemas core-shell de AIST), frente al alambrón de cobre a ~USD 12–15/kg en 2026. Hablamos de una ratio de coste de aproximadamente 20–80×, según qué formato de CNT se seleccione. Creo que la curva de aprendizaje de la fibra de carbono es la analogía correcta: la fibra de carbono basada en PAN ha bajado de ~USD 200/kg en los años 70 a ~USD 20–30/kg de grado industrial hoy, aproximadamente 7–10× en cinco décadas, pero nunca alcanzó paridad de coste con su comparador incumbente (fibra de vidrio, acero). Donde sí ganó fue en aplicaciones críticas en peso, donde la prima de rendimiento justificaba el precio. Es el mismo patrón que yo esperaría para los conductores de CNT hasta 2035: cableado aeroespacial, sistemas de defensa, mazos de cables de EV de segmento premium donde cada kilogramo ahorrado vale el coste.

El crecimiento de ingresos de DexMat y la alianza con Prysmian señalan momentum comercial, pero sobre una base pequeña y no a escala de gigavatio-hora de producción. La ficha técnica de Galvorn muestra 10 MS/m de conductividad volumétrica frente a los 58 MS/m del cobre, pero sobre una base por masa, los dos materiales son casi equivalentes (6.150 para Galvorn vs 6.300 Sm²/kg para el cobre). Además, existen resultados en fase de investigación que van más lejos (fibras CNT dopadas con polímero acercándose al ~98% IACS), pero la estabilidad del dopante bajo humedad y ciclado térmico no está, en mi opinión, validada para uso a escala de red. La revisión de Mikhalchan et al. da el diagnóstico correcto: la resistencia de contacto entre tubos, no la conductividad intrínseca del CNT, es el mecanismo de pérdida dominante en fibras macroscópicas: un problema de proceso más que un problema de materiales, y el hilado en húmedo y LAST siguen siendo discontinuos o semicontinuos.

La vía híbrida Cu-CNT (conductividad específica por encima del 150% del cobre puro en algunas demostraciones) es industrialmente más plausible, porque aprovecha la conductividad del cobre mientras usa CNT para refuerzo mecánico y reducción de peso. Pero en mi opinión, el punto más profundo es de encuadre de cadena de suministro: el Cu-CNT es mejora del cobre, no sustitución del cobre. Aumenta el valor añadido por kilogramo de cobre mientras sigue dependiendo de feedstock de cobre refinado, y para una tesis de cartera, eso significa que eleva la utilidad efectiva del cobre por tonelada en lugar de reducir su demanda. Quien modela la adopción de Cu-CNT como una historia de reducción de demanda de cobre está, creo, leyendo la química al revés.

Lo que cambiaría mi visión: un proceso continuo validado de CVD (deposición química en fase de vapor) o de hilado en disolución para conductores de CNT que alcance capacidad nominal >5 kt/año a un precio inferior a USD 50/kg de coste integral, con estabilidad de dopante documentada bajo ciclado térmico y entornos húmedos. Ese benchmark situaría a los conductores de CNT a aproximadamente 3× el cobre en lugar de 20–80×, y a escalas relevantes para procurement de red. Precios del petróleo más bajos ayudarían al margen vía costes de precursor, pero el apalancamiento es, en mi opinión, modesto (petróleo → acrilonitrilo → PAN → CF es una palanca de coste de aproximadamente el 20%, y los precursores de CNT están aún más alejados del crudo). Sin una mejora significativa en los costes de escala, espero que los conductores de nanotubos de carbono sigan siendo un producto de nicho hasta 2035, y no anticipo que la demanda de cobre en motores, mazos de cables y cables de red eléctrica se vea significativamente afectada por este desarrollo.

Los superconductores y las baterías de sodio-ion relocalizan la dependencia del cobre en lugar de eliminarla.

Los cables HTS eliminan el cobre por unidad de potencia transmitida, lo cual es analíticamente distinto de eliminar la demanda de cobre en agregado. El enlace AmpaCity en Essen es el caso de referencia. Usa una cinta cerámica de cuprato (es decir, el conductor mismo contiene cobre, en gramos por km en lugar de toneladas), refrigeración continua por nitrógeno líquido, y transporta aproximadamente dos órdenes de magnitud más de densidad de corriente que el cobre resistivo. El coste de capital es aproximadamente el doble que el de un cable de cobre por km, pero el argumento económico real no es la comparación por km, sino que una red urbana de 20 transformadores puede reducirse a 15 con HTS.

Las proyecciones del mercado de cables HTS varían enormemente entre analistas, lo que en sí mismo señala lo delgada que es la base de despliegue real. Frente a eso, se proyecta que los data centers por sí solos añadirán más de un megatón de nueva demanda de cobre para 2040 (S&P Global, 2026). La fusión, la aviación y los limitadores de corriente de falta son despliegues HTS de alto valor, pero en mi opinión no mueven el balance global del cobre. La idea relevante es que HTS es una sustitución por rediseño de sistema, viable en corredores de ultra-alta densidad y aplicaciones críticas en peso como Airbus Cryoprop, pero no un sustituto escalable del cobre resistivo en redes distribuidas, cableado de edificios o mazos de cables vehiculares. Y la relocalización real del cobre en los sistemas HTS está en la planta criogénica (compresores, intercambiadores de calor, bombas), y en los tramos de cable convencional entre segmentos HTS… ambos intensivos en cobre.

Las baterías de sodio-ion presentan un caso paralelo. Reemplazar los colectores de corriente de cobre con aluminio en el ánodo ahorra aproximadamente dos tercios del coste del colector de corriente y elimina la restricción de aleación con litio que hace al cobre químicamente necesario en el lado del ánodo de las celdas Li-ion. Naxtra de CATL (175 Wh/kg, 10.000 ciclos, alcance reivindicado de 500 km) y la Freevoy de doble química están comercialmente desplegadas, y el trabajo académico sobre celdas de sodio anode-free con colectores de aluminio monocristalino reporta estabilidad a 500 ciclos y 99,9% de eficiencia coulómbica en condiciones controladas de laboratorio. El cierre de Natron Energy en septiembre de 2025 tras no conseguir financiación es un contrapeso útil, aunque creo que la lección es más específica que «la viabilidad comercial no está garantizada por la viabilidad técnica». Natron operaba sobre química de azul de Prusia (menor densidad energética, más difícil de escalar) en lugar del enfoque de óxido en capas de CATL, y su fracaso coincidió además con un colapso del 70–90% en los precios del litio que cerró la ventaja de coste de las SIB frente a las LFP. La conclusión más profunda, en mi opinión: la ventana económica de las SIB se estrecha cuando el litio se mantiene barato, y la fragilidad financiera de los fabricantes occidentales de baterías (Northvolt, Powin, Natron en rápida sucesión) significa que el escalado de SIB será casi con seguridad de liderazgo chino, independientemente de hacia dónde vaya la química en sí.

Así que, si las SIB alcanzan los USD 40/kWh proyectados por IRENA a escala (cifra actualmente aspiracional, con celdas SIB en aproximadamente USD 70–90/kWh en 2026 frente a LFP en USD 55–70/kWh) y capturan el 15–25% de los mercados de almacenamiento estacionario y EV de corto alcance para 2035, eso elimina el cobre de la lista de materiales del colector de corriente en ese segmento… No elimina el cobre de las barras colectoras del pack, de las interconexiones de módulo, ni de la conversión DC-AC y la infraestructura de acoplamiento a red que todo sistema de almacenamiento requiere. La sustitución es parcial, específica por segmento, y condicionada por la competitividad de coste de las SIB frente a las LFP… que tienen su propia curva de aprendizaje.

Lo que cambiaría mi visión: costes de producción de SIB alcanzando USD 50/kWh con vida en ciclo de 15 años validada en despliegues de campo, no solo en celdas de laboratorio. Eso aceleraría significativamente el desplazamiento del cobre en almacenamiento estacionario. A la inversa, si la plataforma LFP Shenxing de CATL sostiene <USD 60/kWh con carga 4C a escala, el mercado direccionable de las SIB se reduciría, y la sustitución del cobre en baterías probablemente seguiría siendo insignificante.

La vía del interconnect en semiconductores es la única que estructuralmente desacopla una aplicación de alto valor del suministro masivo de cobre, y pasa por el niobio, no por el carbono.

La resistividad del NbP a 1,5 nm de espesor es aproximadamente 20× inferior a la del cobre macizo, pero al mismo espesor sub-5 nm supera al cobre, cuya dispersión por bordes de grano y por superficie colapsa su conductividad efectiva al mismo orden de magnitud que el NbP. El mecanismo es lo que hace esto estratégicamente distinto de candidatos previos a material de interconnect: el NbP es un semimetal topológico, y sus estados de superficie transportan una fracción creciente de la corriente conforme la película se adelgaza, así que la conductividad mejora al adelgazar, exactamente lo opuesto al comportamiento del cobre. Este es el cuello de botella de los interconnects que está limitando el escalado de transistores, y conforme los nodos se reducen hacia los 2 nm y por debajo, los interconnects de cobre se convierten en la fuente dominante de pérdida resistiva, generación de calor y retardo de señal. La película además se deposita a 400 °C, lo cual está dentro del presupuesto térmico para integración back-end-of-line: un punto no trivial, porque la mayoría de candidatos a materiales exóticos fracasan en la cualificación BEOL solo por techos de temperatura.

La consecuencia estratégica es que si el NbP o un semimetal topológico comparable (NbAs, otros candidatos Weyl/Dirac) se cualifica para metalización BEOL en nodos sub-3 nm para 2028–2030, no compite con el cobre por precio por kilogramo, sino que compite por rendimiento del chip por vatio y densidad de transistores por mm². Y la industria de semiconductores pagará una prima de materiales por un conductor que permita continuar el escalado de la Ley de Moore cuando el cobre ya no pueda. El informe de S&P Global de enero de 2026 proyecta la demanda de cobre de data centers de 1,1 Mt (2025) a 2,5 Mt (2040), pero esa proyección asume que los interconnects de cobre siguen siendo viables en nodos avanzados. Si TSMC, Samsung o Intel transicionan a interconnects basados en NbP en N2 o N1.4, la intensidad de cobre por oblea cae, y la demanda total de cobre de las fabs de vanguardia se estabiliza en lugar de duplicarse. En mi lectura, este es el único régimen de sustitución en este artículo donde la ciencia de materiales, la economía y la línea temporal de despliegue se alinean para reducir estructuralmente la dependencia del cobre en una aplicación de alto crecimiento y alto valor dentro de una década.

El niobio no es una commodity bulk: la producción global es de ~80 kt/año, con ~75% de CBMM en Brasil y el resto en gran medida de Niobec en Canadá, pero el consumo de NbP de grado chip, incluso a adopción plena en N2/N1, se mediría en cientos de toneladas anuales en lugar de kilotones, porque las capas de interconnect tienen nanómetros de espesor. El cuello de botella de la cadena de suministro no es la minería de niobio, sino más probablemente los precursores de fósforo de alta pureza, la cualificación de equipos de deposición de capa fina, y la integración de un conductor no-cobre en procesos BEOL que llevan 25 años optimizados para cobre.

Yo monitorizaría dos fuentes de señal para pilotos de metalización no-cobre: las grandes foundries (Samsung, TSMC, Intel) por sus compromisos de hoja de ruta de producción, y las startups en fase más temprana como indicadores adelantados que suelen aparecer 12–18 meses antes de que las foundries lo divulguen. Si el NbP o semimetales competidores aparecen en capas de interconnect back-end en N2, la implicación es que la industria de semiconductores ha desacoplado su hoja de ruta de rendimiento de la disponibilidad del cobre. Eso no hunde los precios del cobre, ya que el cobre a nivel de chip es el 2–3% de la demanda global, y la sustitución por NbP no toca la infraestructura de fab circundante, la refrigeración, o la distribución eléctrica (que es la mayor parte de la huella de cobre del data center). Pero elimina el bucle de retroalimentación específico donde la escalada del cómputo IA impulsa la demanda de chips, la demanda de chips impulsa la intensidad de cobre por oblea, y la escasez de cobre restringe el despliegue de cómputo. Ese bucle de retroalimentación es, en mi opinión, el riesgo de cadena de suministro más infravalorado del ciclo de capex en IA, y el NbP es la salida técnica más creíble.

Lo que cambiaría mi visión: que la resistividad del cobre se recuperase a sub-5 nm vía ingeniería de bordes de grano — por ejemplo, interfaces de cobre pasivadas con grafeno sosteniendo conductividad tipo bulk por debajo de 3 nm (IBM, IMEC y grupos del MIT están trabajando en esto, pero sin demostración a escala relevante para producción). Si esa vía funciona, el NbP queda como una curiosidad de investigación y la dependencia semiconductor-cobre persiste.

Raw Science Brief

Sistemas energéticos, materiales críticos, geopolítica.

Análisis en profundidad basados en límites físicos y dinámica de sistemas con citas y datos que puedes comprobar.

Al suscribirte, aceptas nuestra política de privacidad. Puedes darte de baja en cualquier momento.

Referencias

1. S&P Global (2026). Copper in the Age of AI: Challenges of Electrification.
2.  Simon, Adam C.; Cathles, Lawrence M.; Wood, Dan (2026), The widening gap between copper supply and demand will have an impact on economic development and energy futures, Energy Research & Social Science, vol. 133, art. 104581, 2026. doi: 10.1016/j.erss.2026.104581
3. Khanbolouki, P., et al. (2025). Insights into Graphene-Copper Conductors: Evaluating Conductivity Enhancement and Measurement Challenges. ACS Applied Electronic Materials, 7(9), 3775–3785. doi: 10.1021/acsaelm.5c00047.
4. Wang, J., et al. (2024). Investigation on the Novel High-performance Copper/Graphene Composite Conductor for High Power Density Motor. CES Transactions on Electrical Machines and Systems, 8(1), 80. doi: 10.30941/CESTEMS.2024.00009.
5. DMM Advisory Group, Copper Substitution Survey 2022. International Copper Association. [PDF].
6. International Copper Association – Substitution Category.
7. Soares, A.F. et al. (2025). Projection of global copper demand in the context of energy transition, Resources Policy, 103, 105567. doi: 10.1016/j.resourpol.2025.105567
8. Henckens, M.L.C.M. y Worrell, E. (2020). Reviewing the availability of copper and nickel for future generations. The balance between production growth, sustainability, and recycling rates. Journal of Cleaner Production, 264, 121460. doi: 10.1016/j.jclepro.2020.121460.
9. Reijnders, L. (2021). Copper substitutability might be about 60% or more of current copper use. Journal of Cleaner Production, 280(2), 125014. doi: 10.1016/j.jclepro.2020.124774.
10. Graedel, T.E., Harper, E.M., Nassar, N.T. y Reck, B.K. (2015). On the materials basis of modern society. Proceedings of the National Academy of Sciences, 112(20), 6295–6300. doi: 10.1073/pnas.1312752110.
11. Idaho National Laboratory (2023, revised 2024). Advanced Conductor Scan Report. [PDF].
12. Jo, S., Mikhalchan, A., Hong, S. et al. (2025). Highly conductive hybrid carbon nanotube fibers: Strategies and future directions for replacing copper with next-generation conductors. Composites Part B: Engineering, 300, 112471. doi: 10.1016/j.compositesb.2025.112471
13. Sundaram, R.M., et al. (2023). Single-Walled Carbon Nanotube/Copper Core-Shell Fibers. ACS Nano. doi: 10.1021/acsnano.3c00488
14. Ryu, KH., et al. (2025). Core-sheath composite electric cables with highly conductive self-assembled carbon nanotube wires and flexible macroscale insulating polymers for lightweight, metal-free motors. Adv Compos Hybrid Mater 8, 230. doi: 10.1007/s42114-025-01302-4
15. Salas, J. (2025) Radical electric motor runs without metal coils. New Atlas.
16.  Yazdani-Asrami, M. et al. (2022). High temperature superconducting cables and their performance against short circuit faults. Superconductor Science and Technology, 35, 083002. doi: 10.1088/1361-6668/ac7ae2.
17. Nexans. AmpaCity: optimizing the German city grid.
18. Airbus Press Release (2024). Airbus takes superconductivity research for hydrogen-powered aircraft a step further.
19. Li, H. et al (2025). Anode-free sodium metal batteries: optimisation of electrolytes and interphases. Energy Environ. Sci.,18, 3887. doi: 10.1039/D5EE00136F
20. Tang, F., et al. (2025). Initially anode-free sodium metal battery enabled by strain-engineered single-crystal aluminum substrate with (100)-preferred orientation. Nature Communications, 16, 2280. doi: 1038/s41467-025-57424-2
21. IRENA (2025). Sodium-ion batteries: a technology brief. [PDF]
22. Khan, A.I., et al. (2025). Surface conduction and reduced electrical resistivity in ultrathin noncrystalline NbP semimetal. Science, 387, 62–67. doi: 10.1126/science.adq7096