Por Giancarlo Elia Valori
Los 17 elementos de tierras raras (Rare-Earths Elements), incluidos el cerio y el itrio, son poco conocidos para el gran público, pero sus propiedades magnéticas y ópticas los convierten en minerales esenciales para la tecnología moderna, utilizados en turbinas eólicas, equipos médicos, drones, vehículos eléctricos, pantallas electrónicas y mucho más. Estos elementos químicos incluyen cerio, disprosio, erbio, europio, gadolinio, iterbio, itrio, lantano, lutecio, neodimio, holmio, praseodimio, prometio, samario, escandio, terbio y tulio.
«Estamos en el siglo XXI con tecnologías transformadoras, pero los metales críticos son esenciales para llevarlas a cabo. Oímos hablar mucho de la importancia del litio en las baterías de iones de litio, pero en realidad las tierras raras entran en la misma categoría», afirma Patrick Ryan, director general de Ucore Rare Metals Inc, una empresa minera y tecnológica canadiense especializada en metales críticos.
Aunque se denominan «tierras raras», la cuestión no es su rareza. Como el estaño, el plomo, el cobre y otros, las tierras raras se encuentran en la corteza terrestre y tienen yacimientos naturales (lugares donde se concentran minerales útiles) en todo el mundo. Sin embargo, su distribución desigual y la dificultad de su extracción las convierten en un problema tanto medioambiental como geopolítico. Se prevé que estos problemas se agraven a medida que aumente la demanda de estos elementos.
Imaginemos que no tuviéramos acceso a estos metales esenciales, que perdiéramos puestos de trabajo y no pudiéramos cumplir nuestros objetivos en materia de cambio climático. En las circunstancias actuales, se prevé que la demanda de óxidos de tierras raras se quintuplique a finales de la década de 2020, lo que podría provocar escasez de suministro en el futuro.
El primer reto reside en el proceso de extracción. Las tierras raras suelen encontrarse junto con otros minerales en yacimientos. La bastnäsite, una de las principales fuentes comerciales de tierras raras, está compuesta por óxidos de múltiples tierras raras y debe procesarse para recuperar los elementos individuales. Este mineral fue descrito por primera vez por el químico sueco Wilhelm Hisinger (1766-1852) en 1838. Debe su nombre a la mina de Bastnäs, cerca de Riddarhyttan, Västmanland, Suecia. La bastnäsita también se encuentra en las montañas de Zagi, Pakistán, en ejemplares de muy alta calidad. La bastnäsita se encuentra en granitos alcalinos y en sienitas y pegmatitas asociadas. También se encuentra en carbonatitas y fenitas asociadas y otras metasomatitas.
En ocasiones, estos procesos mineros pueden plantear problemas de salud y seguridad, por ejemplo debido a la liberación de materiales peligrosos o radiactivos en las aguas subterráneas. Las tierras raras en sí no son especialmente tóxicas; simplemente se combinan con otras cosas tóxicas, como metales pesados y materiales radiactivos.
La extracción de una sola tonelada de tierras raras puede generar hasta 2.000 toneladas de residuos peligrosos. Esto ocurre raramente, pero en todos los lugares donde la minería de tierras raras está activa, la extracción ha provocado la contaminación del suelo y del agua. Las tierras raras tienen la paradójica propiedad de que, aunque son esenciales para las tecnologías con bajas emisiones de carbono, el proceso de extraerlas de la tierra daña aún más el medio ambiente.
El segundo reto es que los yacimientos minerales y las minas en las que se extraen se concentran en determinados países. La minería en la República Popular China representa el 60% de la extracción y el 90% del refinado, y fuera de China sólo hay cuatro plantas de refinado. Y esto plantea graves riesgos geoeconómicos, en los que se intenta aislar al gigante chino, como explicaré mejor en un libro mío de próxima aparición. De hecho, la industria se enfrentará a desafíos si no se toman medidas más seguras y equitativas entre los países productores. Dado el crecimiento previsto de la demanda del sector manufacturero y la capacidad actual de extracción y refinado de tierras raras, es seguro que habrá escasez de oferta.
Una posibilidad es reducir la dependencia de las tierras raras. Un ejemplo es el Toyota Prius. En su día, el Prius utilizaba unos once kilogramos de tierras raras por coche, pero debido al conflicto geopolítico entre Japón y China y al impacto negativo de la minería en el medio ambiente, la empresa está pasando a desarrollar motores para vehículos híbridos que dependan menos de las tierras raras.
Otra opción es aprovechar al máximo las tierras raras ya extraídas y refinadas. Se están desarrollando con éxito métodos para extraer elementos de tierras raras de residuos electrónicos, cenizas de carbón y residuos de bauxita sin comprometer sus importantes propiedades electrónicas y magnéticas. Se trata de un método muy sencillo: basta con sujetar el material de desecho entre dos electrodos y aplicar un alto voltaje y corriente durante algo menos de un segundo. No requiere disolventes ni agua y puede realizarse a gran escala. También se está intentando limitar la producción de residuos secundarios altamente tóxicos lavando continuamente la zona con una solución ácida muy diluida.
Extraer tierras raras de los residuos es una forma de añadir valor y reutilizar las partes útiles de los residuos, en lugar de reciclarlos. Económicamente, es mucho más rentable que la minería. No se excavan grandes agujeros en el suelo, no se transportan largas distancias y no se producen residuos secundarios altamente tóxicos.
Hasta los vegetales más comunes, como las patatas, pueden ser útiles. Un equipo de investigadores del Laboratorio Nacional de Idaho, en Estados Unidos, ha desarrollado un método innovador para utilizar bacterias con el fin de recuperar elementos de tierras raras de equipos industriales y de alta tecnología. El equipo utilizó una técnica llamada biolixiviación, que emplea microorganismos para transformar los elementos. Al dar a las bacterias el agua utilizada para lavar las patatas, produjeron un ácido específico y pudieron utilizar las propiedades de ese ácido para extraer elementos de tierras raras del material circundante. El uso de aguas residuales de patata redujo los costes de extracción en un 17% en comparación con el uso de glucosa.
Mientras tanto, los investigadores estudian si pueden utilizarse nuevas tecnologías para resolver los problemas de producción de tierras raras. Por ejemplo, Ucore ha desarrollado un método propio de separación de elementos de tierras raras que es al menos tres veces más eficaz que los métodos convencionales, reduciendo así en dos tercios el impacto ambiental de las instalaciones de producción. Además, EIT RawMaterials, un proyecto financiado por la Unión Heropea, está desarrollando el Sistema Circular para la Evaluación de la Sostenibilidad de las Tierras Raras (CSyARES), cuyo objetivo es utilizar blockchain para rastrear todo el ciclo de vida de las tierras raras utilizadas en los vehículos eléctricos para garantizar que no causen contaminación perjudicial.
La tecnología blockchain es un mecanismo avanzado de base de datos que permite compartir información de forma transparente dentro de una red específica. Una base de datos blockchain almacena datos en bloques interconectados en una cadena. Los datos son coherentes cronológicamente porque la cadena no puede borrarse ni modificarse sin el consentimiento de la red.
Además de CSyARES, un proyecto conjunto entre el Laboratorio Ames de la Universidad de Iowa y la Universidad A&M de Texas está utilizando inteligencia artificial y aprendizaje automático para descubrir y predecir las propiedades de los compuestos de tierras raras con una eficiencia y precisión superiores a las que los humanos pueden lograr por sí solos.
Los gobiernos de todo el mundo también están trabajando para fortalecer la producción nacional y las cadenas de suministro. Desde 2018, la Casa Blanca ha firmado acuerdos con Australia y Canadá para garantizar el suministro de tierras raras. El gobierno de Estados Unidos también ha anunciado varios programas de financiación, incluida una subvención de 35 millones de dólares a MP Materials en Mountain Pass, California, para separar y refinar tierras raras pesadas como parte de un esfuerzo para crear una cadena de suministro totalmente nacional para imanes permanentes.
Otra iniciativa dirigida por el Departamento de Energía ha financiado con 140 millones de dólares un proyecto para recuperar tierras raras de las cenizas de carbón y otros residuos en las proximidades de las minas, reduciendo así la necesidad de nuevas extracciones.
El gobierno australiano invierte en empresas nacionales que buscan integrarse en las cadenas relacionadas del país y del extranjero. Lynas Rare Earths ha recibido una subvención de 14,8 millones de dólares australianos ya en 2021 para cubrir la mitad del coste de construcción de una nueva planta de refinado de tierras raras en Australia Occidental. El gobierno también creó una nueva agencia gubernamental, la Oficina de Minerales Críticos, para apoyar a la industria nacional y anunció una serie de medidas de apoyo en el presupuesto, entre ellas una subvención de aceleración de 200 millones de dólares para minerales críticos y 50 millones de dólares en fondos de apoyo a la investigación y el desarrollo.
En Canadá, el gobierno de la provincia de Quebec ha destinado 90 millones de dólares canadienses a un programa de «nueva economía» relacionado con los minerales críticos y estratégicos. Mientras tanto, la Comisión Europea ha publicado previsiones sobre los futuros recursos minerales críticos para animar a los Estados miembros a tomar medidas proactivas para asegurar los minerales necesarios para el desarrollo de industrias del siglo XXI como las energías renovables y la robótica. Actualmente hay varios proyectos en marcha en países distintos de la República Popular China: una veintena de proyectos están en marcha en Australia, Canadá y Estados Unidos de América.
Ucore Rare Metals Inc. afirma que estas iniciativas gubernamentales han actuado como catalizador para las empresas privadas y las instituciones académicas, empujándolas a encontrar nuevas formas de alcanzar este objetivo que sean rentables y respetuosas con el medio ambiente. Esto es fundamental para garantizar un recurso seguro y sostenible para la innovación tecnológica actual y futura.
Autor: Giancarlo Elia Valori – Honorable de l’Académie des Sciences de l’Institut de France, Profesor Honorario de la Universidad de Pekín.
(Las opiniones expresadas en este artículo pertenecen únicamente al autor y no reflejan necesariamente los puntos de vista de World Geostrategic Insights)