El control de China sobre el galio es una amenaza para la seguridad nacional
Décadas de amplias políticas industriales le han otorgado a China un monopolio casi total sobre el galio, un mineral crítico utilizado para producir microchips de alto rendimiento que impulsan algunas de las tecnologías militares más avanzadas de los Estados Unidos. Los movimientos recientes de Beijing para restringir la exportación de galio han dejado al descubierto la necesidad de que Washington y sus aliados eliminen el riesgo de sus cadenas de suministro de minerales críticos.
No abordar las vulnerabilidades evidentes en la cadena de suministro de galio podría plantear serios desafíos económicos y de seguridad nacional para los Estados Unidos y sus aliados.
China produce un asombroso 98 por ciento del suministro mundial de galio en bruto.
El galio se extrae principalmente de la fundición de bauxita en aluminio, a través del cual se pueden recuperar trazas de galio.
Si bien la bauxita es abundante, su extracción está fuertemente concentrada en un puñado de países, y las empresas chinas son responsables de casi todo el galio extraído de la bauxita.
Estados Unidos y otras economías avanzadas compran galio de China y lo refinan aún más para su uso en aplicaciones comerciales y militares.
Los semiconductores a base de galio son vitales para la industria de defensa de EE. UU., en particular en los sistemas de radar y de defensa antimisiles de próxima generación, así como en los equipos de comunicaciones y de guerra electrónica.
El dominio absoluto de China sobre el suministro de galio en bruto es una vulnerabilidad crítica para Estados Unidos y sus socios, una vulnerabilidad que Beijing está a punto de explotar si Washington no toma medidas para limitar su exposición.
Propiedades revolucionarias del galio
Las propiedades químicas y físicas únicas del galio lo hacen ideal para su uso en aplicaciones de alto rendimiento, como equipos militares avanzados. Cuando se combina con otros materiales, el galio se utiliza para producir una clase especial de chips, conocidos como semiconductores de ” banda prohibida amplia “.
Estos chips pueden manejar temperaturas, voltajes y frecuencias más altas que los chips de silicio convencionales, lo que les permite ser más rápidos y eficientes.
Los chips de galio han impulsado durante mucho tiempo los avances en tecnología militar. En la década de 1970, la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa de EE. UU. (DARPA) incubó una nueva generación de semiconductores hechos de arseniuro de galio (GaAs). Estos semiconductores ayudaron a impulsar los avances en el Sistema de Posicionamiento Global de EE. UU., las armas guiadas de precisión y el radar, y GaAs sigue siendo ampliamente utilizado en muchos dispositivos electrónicos modernos, incluidos los teléfonos inteligentes.
Ahora, el desarrollo de un compuesto más avanzado llamado nitruro de galio (GaN), también fomentado por DARPA, está impulsando nuevos avances tecnológicos. GaN está revolucionando el radar moderno, permitiendo que los nuevos módulos de radar rastreen amenazas más pequeñas, más rápidas y más numerosas desde casi el doble de la distancia. Muchos de estos sistemas de radar de última generación funcionan con varios miles de chips habilitados con galio.
Las fuerzas armadas estadounidenses y aliadas están incorporando rápidamente radares mejorados con GaN en plataformas críticas, incluidos aviones furtivos F-35, sistemas de defensa antimisiles como los sistemas Patriot y Terminal High Altitude Area Defense, y docenas de buques de guerra navales avanzados. Estas actualizaciones están preparadas para provocar un cambio radical en la capacidad de las fuerzas estadounidenses y aliadas para defenderse de las amenazas emergentes, como los misiles hipersónicos y los aviones furtivos de próxima generación.
Los chips a base de galio también son cada vez más vitales para el sector comercial. Su eficiencia y durabilidad los hacen ideales para las duras condiciones de las torres base 5G, así como para tecnologías ecológicas clave como las células solares y los vehículos eléctricos.
Se espera que aumente la importancia del galio. A medida que los continuos avances en la fabricación de chips superan los límites de la Ley de Moore, los expertos de la industria ven a los chips a base de galio como una forma potencial de ir más allá del silicio. Se espera que estas tendencias impulsen un crecimiento anual del 25 por ciento en el mercado global de chips de GaN hasta 2030.
Se espera que las aplicaciones de defensa representen aproximadamente la mitad de este aumento, lo que subraya el valor estratégico del galio para los esfuerzos de modernización militar de EE. UU. y sus aliados. Un alto ejecutivo de Raytheon, un productor líder de sistemas de radar GaN, señaló en 2023 que “GaN es fundamental para casi toda la tecnología de defensa de vanguardia que producimos”.
GaN es fundamental para casi toda la tecnología de defensa de vanguardia que producimos.
La creciente demanda de galio en industrias críticas ha aumentado las apuestas para asegurar un suministro constante del mineral. Un choque repentino en el suministro de galio tendría consecuencias para los fabricantes de defensa y una seguridad económica más amplia.
Un análisis de 2022 realizado por expertos del Servicio Geológico de EE. UU. (USGS, por sus siglas en inglés) encontró que una interrupción del 30 % en el suministro de galio podría tener efectos en cascada que provocarían una disminución de aproximadamente $600 000 millones en la producción económica de EE. UU., o el 2,1 % del PIB .
Aunque los fabricantes de defensa representan solo una pequeña parte del uso final mundial de galio, la escasez y las interrupciones en el suministro de semiconductores y otros componentes electrónicos clave pueden plantear desafíos a largo plazo para las empresas de defensa. Muchos de los principales proveedores de chips GaN del ejército estadounidense también dependen de los ingresos de las ventas sustanciales a clientes civiles. Las interrupciones en sus operaciones comerciales pueden complicar su capacidad para satisfacer las crecientes necesidades de sistemas basados en galio de la industria de defensa.
Tanto Washington como sus aliados han sido conscientes de estos riesgos durante años. El USGS ha incluido el galio en cada iteración de su lista de minerales críticos desde 2018, y su revisión más reciente de minerales críticos clasificó al galio como el número uno (de cincuenta) en términos de riesgos de suministro. La Unión Europea y Japón también han identificado al galio como una materia prima estratégica importante para la seguridad nacional.
El aumento de las tensiones entre Estados Unidos y China ha subido aún más la apuesta. En 2020, la administración Trump declaró las dependencias minerales críticas de EE. UU. como una emergencia nacional, y la revisión de la cadena de suministro de 100 días de la administración Biden de 2021 advirtió que la dependencia de EE. UU. en China para el galio corre el riesgo de interrupciones que tendrían “impactos de gran alcance en la producción de semiconductores”.
Sin embargo, las políticas gubernamentales sobre minerales críticos en los Estados Unidos y en el extranjero han estado fuertemente sesgadas hacia asegurar el acceso a un grupo selecto de insumos necesarios para las tecnologías verdes emergentes, como el litio y el cobalto. La falta de atención similar prestada a minerales menos conocidos como el galio ha dejado a los líderes gubernamentales y de la industria sin estar preparados para las consecuencias de posibles interrupciones.
El gobierno chino mostró esta vulnerabilidad a principios de julio de 2023 cuando anunció una lista de restricciones a la exportación de galio metálico y compuestos clave de galio (incluidos GaN y GaAs) en respuesta a los controles de exportación implementados recientemente en chips avanzados y equipos de fabricación de chips implementados por los Estados Unidos, Japón y los Países Bajos. Dentro de la primera semana del anuncio, los precios del galio subieron un 27 por ciento cuando los comerciantes mundiales se apresuraron a asegurar su suministro.
Aún no está claro cómo China aplicará exactamente las nuevas restricciones. El movimiento sirvió como un tiro cruzado que demuestra la voluntad de Beijing de aprovechar su control sobre minerales críticos como una herramienta en su competencia tecnológica cada vez más intensa con los Estados Unidos.
El camino de China hacia el dominio del galio
El control de China sobre las cadenas de suministro de galio se produjo de forma indirecta. El galio se deriva en gran parte como un subproducto del procesamiento de la bauxita, el mineral principal para el aluminio. Por lo tanto, su producción está estrechamente ligada a la dinámica de los mercados mundiales del aluminio.
El surgimiento del país como potencia industrial ha impulsado un crecimiento explosivo en su industria del aluminio. Con la ayuda de amplios subsidios gubernamentales e incentivos fiscales, China experimentó un aumento de diez veces en la producción de aluminio (de 4,2 a 40,2 millones de toneladas) entre 2000 y 2022. Hoy, China suministra aproximadamente el 59 por ciento del aluminio del mundo.
Esta posición de liderazgo ha permitido a China establecer una participación dominante en la producción mundial de galio. Las políticas gubernamentales deliberadas también jugaron un papel, ya que Beijing exigió a sus productores de aluminio en auge que instalaran la capacidad para extraer galio. Solo entre 2005 y 2015, la producción de galio de baja pureza en China se disparó de 22 a 444 toneladas métricas.
El rápido ascenso de China en la industria creó un exceso de oferta en el mercado global, lo que provocó severas fluctuaciones en los precios del galio durante gran parte de la década de 2010. Los proveedores líderes en el Reino Unido, Alemania, Hungría y Kazajstán sufrieron como resultado y se vieron obligados a cerrar su producción, dejando a China como prácticamente el único proveedor en el mundo .
Escalando la cadena de valor
Si bien el dominio sobre la producción de galio en bruto le otorga a China una ventaja sobre sus competidores, los líderes del país entienden que la ventaja a largo plazo se obtiene a la vanguardia de la innovación. Para lograr esto, Beijing está apoyando activamente a sus empresas para que superen a Estados Unidos y sus aliados y se conviertan en líderes mundiales en la producción de semiconductores a base de galio.
El 14.º Plan quinquenal , el plan económico nacional más importante de China publicado en 2021, identifica los semiconductores de banda prohibida amplia, a saber, GaN y otro compuesto llamado carburo de silicio, como un área de enfoque clave.
Avanzar en el desarrollo de semiconductores a base de galio podría ofrecer a China oportunidades únicas para impulsar su autosuficiencia tecnológica. En comparación con los chips basados en silicio, que existen desde hace más de medio siglo, los semiconductores de GaN aún están madurando y están surgiendo nuevos mercados.
A medida que la industria de los semiconductores cambia del silicio al galio, China se prepara para tomar la posición de liderazgo.
Si China puede lograr avances en las fases iniciales del desarrollo de semiconductores de GaN, potencialmente puede obtener ventajas de los pioneros de manera similar a su éxito al capturar el liderazgo en la producción de baterías avanzadas para vehículos eléctricos.
Los expertos chinos que se especializan en semiconductores de tercera generación han señalado que los esfuerzos de Beijing para desarrollar chips de galio tienen como objetivo superar tecnológicamente a Estados Unidos, Europa y Japón. Un destacado investigador de un laboratorio estatal clave de China afirmó que “a medida que la industria de los semiconductores cambia del silicio al galio, China se prepara para tomar la posición de liderazgo”.
La escala de los esfuerzos chinos para adquirir tecnología extranjera de semiconductores basada en galio deja al descubierto sus ambiciones. Durante la última década, personas, empresas y entidades chinas se han involucrado en una campaña sistemática de espionaje corporativo y adquisiciones estratégicas para apuntar a las tecnologías GaAs y GaN de empresas en los Estados Unidos y otras economías avanzadas.
Estos esfuerzos han pagado dividendos para la modernización militar de China y ejemplifican la estrategia de fusión militar-civil de Beijing, un impulso radical para fusionar los objetivos de seguridad y desarrollo del país.
El personal superior del principal fabricante de radares militares de China, China Electronics Technologies Group Corporation (CETC), afirmó en 2018 haber desarrollado tecnologías de radar de última generación basadas en GaN “comparables en rendimiento a las utilizadas por los [Estados Unidos] F-22 y F-35”.
Incluso más recientemente, en 2021, CETC lanzó una familia de sistemas de radar respaldados por GaN de próxima generación llamados “Lingdong” (灵动), que, según afirma, pueden detectar fácilmente aviones furtivos y misiles de crucero, y en 2023, académicos chinos publicaron un documento que describe planes para un sistema de radar naval avanzado que probablemente utilizará tecnología GaN. Según se informa, el nuevo sistema será capaz de detectar objetivos tan lejos de China como Australia o Guam.
El impulso creciente de las aplicaciones comerciales de GaN, incluido 5G, está remodelando la dinámica del mercado. Si bien muchas empresas estadounidenses, europeas y japonesas mantienen una ventaja tecnológica, varias empresas chinas, fortalecidas por el apoyo financiero y político de Beijing, se han convertido en actores clave en la producción de chips a base de galio.
Innoscience , un fabricante chino líder de chips a base de galio, opera dos de las instalaciones de fabricación de GaN más grandes del mundo y se ha expandido al extranjero con oficinas en los Estados Unidos, Europa y Corea del Sur. Se ha beneficiado del capital y las asociaciones de las principales empresas coreanas y europeas, como SK Group y ASML, y también ha recibido inversiones de AVIC Trust, el brazo de capital de riesgo del gigante aeroespacial militar de China, Aviation Industry Corporation of China (AVIC).
Otras empresas chinas, como Suzhou Nanowin, HiWafer y Sanan IC, siguen de cerca. Un ejecutivo de Suzhou Nanowin se jactó recientemente de que la empresa tenía como objetivo captar el 30 % de la cuota de mercado mundial para la producción de sustratos de GaN.
Mirando hacia el futuro
Perder terreno frente a las empresas chinas en la carrera por semiconductores compuestos más capaces y potentes pondrá a Estados Unidos en la retaguardia en el desarrollo de tecnologías de próxima generación que serán cruciales para el poderío militar y la competitividad económica. El papel activo de Beijing en la creación de un ecosistema doméstico floreciente para chips a base de galio ya ha beneficiado el desarrollo militar de China.
Además, si China continúa dominando el suministro de galio en bruto y al mismo tiempo logra la vanguardia en la producción de chips a base de galio, el país puede aislarse en gran medida de los impactos de la cadena de suministro global en el campo. Las recientes restricciones a la exportación de galio de China sugieren un mayor nivel de confianza en que Beijing puede infligir daño a otros al tiempo que limita el retroceso de las empresas chinas.
Cuando Estados Unidos se reunió con las otras economías líderes del G7 en mayo de 2023, los líderes pidieron conjuntamente “eliminar el riesgo” de competidores económicos como China. Reducir el riesgo de las cadenas de suministro de galio ofrece frutos al alcance de la mano para que los legisladores estadounidenses y aliados los aborden juntos mientras reevalúan sus relaciones económicas con Beijing.
Ningún país puede ser totalmente autosuficiente en recursos naturales, y China seguirá siendo un actor clave en los mercados de minerales críticos. Sin embargo, al realizar inversiones específicas en el país y trabajar estratégicamente con aliados, Estados Unidos puede reducir su dependencia de China y eliminar el riesgo de interrupciones en las cadenas de suministro críticas.
El gobierno de EE. UU., junto con sus aliados y socios, debe centrar su respuesta en torno a cinco medidas:
- Invertir en capacidades de extracción y refinamiento de galio en los Estados Unidos. El gobierno de EE. UU. debe realizar inversiones específicas para proporcionar las condiciones para que las empresas establezcan y mantengan instalaciones de producción de galio, con el apoyo del Departamento de Defensa a través de las autoridades de la Ley de Producción de Defensa.
- Colaborar con aliados y socios para ampliar la capacidad de extracción y refinamiento de galio en el extranjero. Estados Unidos debe establecer asociaciones o aprovechar los marcos existentes con Alemania, un antiguo gran productor de galio, y Australia, un exportador líder de mineral de bauxita, para crear las condiciones para aumentar la producción de galio.
- Promover el reciclaje de galio. Dar prioridad al reciclaje de galio puede ayudar a aliviar los problemas de la cadena de suministro a corto plazo, y Estados Unidos y sus socios deberían invertir en ampliar las capacidades de reciclaje existentes.
- Mantener una reserva mínima de un año de galio para la industria de defensa. La Agencia de Logística de Defensa del Departamento de Defensa, en consulta con el Congreso, debe agregar galio a las Reservas de Defensa Nacional, colaborando con la industria privada y socios extranjeros para garantizar la cobertura de al menos un año de las necesidades de defensa de EE. UU.
- Mejorar la recopilación de datos y la transparencia en la producción y el consumo de galio en EE. UU . Un mejor acceso a los datos oficiales sobre más pasos en la cadena de suministro de galio ayudaría a los legisladores, funcionarios de defensa y actores del sector privado a evaluar mejor el estado del mercado y las vulnerabilidades de EE. UU.
