Científicos dan con una alternativa a las tierras raras para no depender de China

"Oriente Medio tiene petróleo, China tiene tierras raras". Esta conocida frase del dirigente chino Deng Xiaoping ya tiene 30 años, pero explica perfectamente el mundo actual en términos geopolíticos, económicos y tecnológicos. El gigante asiático tiene un papel estratégico en la extracción, el procesamiento y las cadenas de suministro de los minerales clave para el funcionamiento de industria moderna. Además, en las últimas décadas ha aprovechado su control para sacarle más rendimiento con la fabricación de productos electrónicos, desde cámaras de vídeo a teléfonos móviles, y de componentes básicos como los imanes, presentes en cualquier dispositivo.

¿Qué consecuencias tiene ese dominio sobre un mundo tan revuelto? La pandemia y la crisis de suministros posterior ya han dejado algunas pistas sobre el peligro que supone para los países occidentales depender de China, pero ¿hay alguna alternativa? La respuesta podría estar en la investigación científica. Al menos en la Universidad de Cambridge (Reino Unido) están convencidos de ello y acaban de presentar un resultado llamativo: la revista Advanced Science publicó hace unos días un artículo que explica un nuevo método de fabricación de tetrataenita. Este elemento es una aleación de hierro y níquel con una estructura atómica peculiar y no existe en la Tierra: ha sido encontrado en meteoritos procedentes del espacio que han caído en nuestro planeta y tarda millones de años en desarrollarse en ellos de forma natural.

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Por sus propiedades, lo llaman "imán cósmico", ya que tiene características similares a las que hacen tan valiosas a las tierras raras. Evidentemente, de manera natural es aún más escaso que cualquier otro elemento de ese grupo que sí se puede encontrar en la Tierra. Los científicos ya consiguieron fabricarlo de manera artificial hace décadas, pero el método era un poco brusco y totalmente descartable para una posible fabricación en masa: bombardear aleaciones de hierro y níquel con neutrones. Ahora, este trabajo liderado desde Cambridge por Lindsay Greer, lo ha logrado utilizando fósforo, un método sencillo y escalable. ¿Estamos ante una investigación básica sin aplicación plausible o a las puertas de una revolución tecnológica?

Historia de una dependencia

"Vivimos en una sociedad de alta tecnología y esa alta tecnología se basa en gran parte en la utilización de estos elementos", afirma Ricardo Prego, científico del CSIC y autor del libro Las tierras raras, en declaraciones a Teknautas. En realidad, los primeros descubrimientos en este campo se remontan al siglo XVIII, pero (salvo excepciones tempranas, como la piedra de los mecheros) es en los años 60 del siglo XX cuando se incorporan a nuestra vida diaria. "El televisor en color nace gracias al europio", pone como ejemplo el experto.

A partir de ahí, casi todos los avances tecnológicos que conocemos habrían sido imposibles sin los 17 elementos que se consideran tierras raras, incluyendo la informática o los satélites. La lista es interminable: el escandio se utiliza para mejorar la dureza del aluminio con el que se fabrican desde los aviones de combate hasta las raquetas de tenis, el itrio se emplea para los láseres y el cerio es fundamental como aditivo del diésel para evitar humos o para pulir lentes. "Si a nuestra sociedad le quitas todos los dispositivos que tengan elementos de tierras raras, volveríamos a 1960", insiste Prego.

En especial, el grupo de los lantánidos (15 de los 17 elementos), por su distribución de los electrones, tiene unas propiedades luminiscentes y magnéticas, por ejemplo para la fabricación de imanes, un aspecto clave en la tecnología actual. "Permiten elaborar imanes más potentes, que pueden ir en los motores de los drones, en los patinetes y en los coches. Un vehículo híbrido puede llevar medio centenar de pequeños imanes que sirven para todo, desde arrancar el motor a subir las ventanillas", explica. Disponer de estos componentes es clave, aunque el problema se centra en algunos en concreto: praseodimio, neodimio, samario, displosio y tulio suelen estar en los imanes en distintas proporciones.

¿Dónde está el gran problema? "China se hizo con el monopolio de la minería de las tierras raras a principios de este siglo", comenta el investigador del CSIC, "y creció a expensas del dinamismo industrial occidental, captando muchas empresas". No es que los chinos dominen la tecnología puntera, pero sí la intermedia, y esto hace que, junto a su competitividad en los precios, fabriquen casi en exclusiva todos los imanes de la tecnología occidental. La Unión Europea es dependiente en un 90%, pero la crisis económica ya puso en alerta hace años a la sociedad occidental, que comenzó a buscar soluciones.

Una búsqueda muy compleja

El primer remedio es fabricar imanes que tengan menos cantidad de tierras raras. "En 2018, Toyota consiguió hacer motores eléctricos con la mitad de estos elementos y sustituyó el displosio y el neodimio por el lantanio y el cerio, que son más abundantes y más baratos", pone como ejemplo Prego. Teniendo en cuenta que esta marca puede llegar a usar 10.000 toneladas anuales en su producción de automóviles, no es nada desdeñable.

La segunda opción es reciclar, pero "separar los elementos de las tierras raras en el imán es algo muy costoso", asegura el experto, "no es abordable". La realidad es que en Europa apenas se recicla el 1% de los elementos de tierras raras que se consumen. Frente a esa difícil recuperación de estos componentes de forma individual, una posible vía es reciclar imanes o motores enteros, evitando que se tengan que fabricar desde cero.

"Sale mucho más barato extraer tierras raras de las rocas que reciclar cualquier chatarra electrónica", afirma Juan Diego Rodríguez-Blanco, profesor de Nanomineralogía en el Trinity College de Dublín (Irlanda). Este investigador estudia cómo se forman los compuestos de las tierras raras y explora métodos de obtenerlas que tengan un menor impacto en el medio ambiente. Según explica, a día de hoy el reciclaje no es eficiente. Además, la ganancia es mínima: por ejemplo, aunque cada año dejan de utilizarse 5.000 millones de teléfonos móviles, cada uno de ellos contiene apenas 0,25 gramos de elementos útiles. La extracción de la naturaleza también presenta muchos problemas, porque deja "residuos en forma de ácidos corrosivos y compuestos orgánicos cancerígenos", advierte, pero, "hasta que no se desarrollen mejores métodos de reciclaje, la industria va a recurrir a la industria minera".

Primer paso de un camino incierto

Finalmente, queda la posibilidad de buscar alternativas. ¿Es posible fabricar imanes sin elementos de las tierras raras? El reciente resultado de la Universidad de Cambridge abre una vía que hasta ahora no ha dado muchos frutos. "El gran avance que han conseguido es poder sintetizar la tetrataenita artificialmente", valora el químico del CSIC. "En el espacio exterior, estos minerales se forman de manera extremadamente lenta, pero en esta investigación utilizan el fósforo para reducir el tiempo más de un billón de veces", añade. Al poderse sintetizar tan fácilmente y ser un elemento ferromagnético, se convierte en una teórica alternativa a los típicos metales de las tierras raras que se utilizan en los imanes. Sin embargo, "ahora tienen que estudiar las propiedades y no es algo tan sencillo como se pueda pensar".

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Los imanes son muy específicos y las proporciones de tierras raras son muy variables en función de su uso. Por ejemplo, es habitual que cualquier dispositivo tenga praseodimio y neodimio, pero, si debe aguantar altas temperaturas, puede incluir samario; o si es necesario aumentar su potencia, podría contener tulio. En definitiva, se trata de jugar con distintas combinaciones y probar utilidades. Después, "puede ser un éxito total, parcial o no serlo en absoluto", comenta Prego.

El investigador del Trinity College coincide plenamente con esta percepción. Por una parte, considera que la investigación de Cambridge es muy interesante y rigurosa. "Abre la puerta a poder utilizar compuestos que sustituyan a las tierras raras, al menos en el campo del magnetismo", afirma. Sin embargo, "la cuestión es si desde un punto de vista industrial será fácil o difícil producir este mineral". La vía de los investigadores británicos es muy original, pero no es la única. Otros científicos trabajan con diferentes compuestos, especialmente, con aleaciones que contengan cobalto o níquel. "El problema es conocer las propiedades que finalmente tendrán estos compuestos, si desde el punto de vista del magnetismo serán realmente útiles para la industria o no", puntualiza el experto.

El abanico de posibilidades en la síntesis de nuevos minerales es muy amplio, pero encontrar exactamente lo que se busca es casi como buscar una aguja en un pajar. "Nosotros trabajamos con algunos que se pueden sintetizar en 15 minutos, mientras que otros los vemos en la naturaleza y no sabemos cómo se forman", explica. Además, no se trata solo de crear los compuestos: para que sean realmente útiles tiene que tener una estructura, un tamaño y una forma determinados, sobre todo en el campo de la nanotecnología.