Son los metales de tierras raras realmente raras?

Los elementos de tierras raras (elementos como el escandio, el neodimio y el disprosio) se han introducido en todos los aspectos de nuestra vida diaria, desde los más visibles, como los teléfonos inteligentes y las lámparas fluorescentes, hasta los aparentemente invisibles: automóviles híbridos, baterías recargables y turbinas eólicas. . Incluso existen tratamientos contra el cáncer que requieren elementos de tierras raras.

Sin embargo, contrariamente a su nombre, los metales de tierras raras no son realmente raros. O al menos, no exactamente. En promedio, son tan comunes como el cobre o el níquel en la corteza terrestre. Pero, a diferencia del cobre o el níquel, los elementos de tierras raras no se encuentran en las zonas minables, lo que significa que obtenerlos es mucho más costoso y requiere mucha mano de obra.

Además de eso, cuando los encuentras en minerales, están todos mezclados y separarlos puede ser un desafío: todos tienen aproximadamente el mismo tamaño, tienen puntos de fusión similares y tienden a formar cationes trivalentes (lo que significa que también parecen idénticos electroquímicamente). De hecho, tomó décadas identificar y separar correctamente los elementos de tierras raras entre sí. En la década de 1800, hubo docenas de descubrimientos falsos, quizás más de 100.

En la actualidad, estos elementos desempeñan un papel fundamental en una serie de industrias tecnológicas rentables y en auge. La Unión Europea y los Estados Unidos han etiquetado a los elementos de tierras raras como “materiales críticos”, un título en la nariz, pero siniestro. Hasta la fecha, solo unos pocos países han podido extraerlos; China ha dominado el mercado desde la década de 1990 y hoy suministra alrededor del 85 por ciento de los materiales de tierras raras del mundo.

Esto ha empujado a los investigadores a buscar formas nuevas y creativas de obtener un suministro más estable de elementos de tierras raras, desde el reciclaje de productos electrónicos hasta los productos de desecho de otras industrias.

Un equipo de investigadores de Japón llevó recientemente su búsqueda al fondo del mar. Al perforar núcleos de sedimentos de 10 metros de profundidad en el fondo del mar y mapear esos datos en mapas GIS, el grupo identificó un área de aproximadamente 2500 kilómetros cuadrados (aproximadamente 960 millas cuadradas) ubicada directamente en la Zona Económica Exclusiva Japonesa que contiene más de 16 millones de toneladas de elementos de tierras raras. Esto es cinco veces la cantidad total de elementos de tierras raras que hemos producido a nivel mundial desde 1900, según  los registros del USGS .

 

El sitio es bastante remoto, a más de 150 millas al sur de la isla de Minamitori, el cuerpo de tierra más cercano, lo que significa que extraer los elementos de tierras raras, enterrados de 6 a 12 pies de profundidad en sedimentos bajo cuatro millas de agua, no será fácil. Averiguar cómo hacerlo es lo próximo para los japoneses y, según un estudio de Nature’s Scientific Reports , se realizarán estudios de viabilidad durante los próximos cinco años.

Mientras tanto, los investigadores en los Estados Unidos han tomado un rumbo diferente: buscar elementos de tierras raras en las cenizas volantes de carbón, un subproducto de la quema de carbón para obtener energía.

Las cenizas volantes de carbón tienen la desagradable costumbre de filtrar toxinas como el plomo, el cadmio y el arsénico en las aguas subterráneas, lo que daña a las comunidades cercanas si no se almacenan adecuadamente. Parte de esto se debe a que estas toxinas se hiperconcentran en la ceniza. No los dejamos escapar a la atmósfera con los gases, y los sólidos tienen que terminar en alguna parte.

Sin embargo, lo que es más importante, al igual que las cosas malas se hiperconcentran, también lo hacen los elementos de tierras raras. Se ha descubierto que algunas cenizas están tan concentradas en elementos de tierras raras como los minerales que extraemos, lo que las convierte en una fuente potencialmente viable de estos elementos de tierras raras. Es decir, si podemos encontrar una buena manera de eliminar los elementos de tierras raras que sea económicamente factible. En el barro japonés, los elementos se han adsorbido (piense en Velcro-d) en granos minerales de las conchas de organismos marinos antiguos; en las cenizas volantes de carbón, sin embargo, los elementos de tierras raras están incrustados en las propias partículas de ceniza. Aquí no es fácil despegar con velcro.

Existen algunos métodos de extracción que funcionan, pero involucran componentes o condiciones duras como ácidos fuertes, calor y presión altos, factores que hacen que este proceso no sea factible a escala industrial (nadie quiere una cuba gigante de ácido alrededor). También utilizan una gran cantidad de productos químicos, lo que genera aún más desechos, ya que la mayoría de los agentes de extracción no se pueden reutilizar. Ha habido un gran impulso en los EE. UU. Para mejorar estos métodos, por una suma de más de $ 17 millones de dólares, e incluso hay cierto éxito inicial .

Sin encontrar nuevas fuentes de elementos de tierras raras, no son solo las tecnologías que nos facilitan la vida, como los teléfonos inteligentes y las pantallas elegantes, las que están en riesgo, sino nuestra transición a tecnologías de energía verde. Los elementos de tierras raras son fundamentales para obtener mejores baterías e imanes permanentes, ambos componentes importantes para innovaciones como los automóviles eléctricos (cada Prius contiene dos libras de neodimio y alrededor de 25 libras de lantano) y turbinas eólicas ( se necesitan más de 450 libras de neodimio por megavatio de capacidad). ).

Si nos tomamos en serio el cambio climático y la energía limpia, no podemos ignorar el problema de la escasez de elementos de tierras raras. Con suerte, buscaremos la respuesta en alguna parte, ya sea que esté enterrada en barro o ceniza.

Fuente: massivesci