Materias primas críticas para la transición verde: ¿es posible obtenerlas sin dañar el medio ambiente?

Por Pablo L. Higueras Higueras, Universidad de Castilla-La Mancha; Daniel Salazar Jaramillo, BCMAterials y José Ángel De Toro, Universidad de Castilla-La Mancha

Un aerogenerador típico de 3 MW necesita más de media tonelada de neodimio y cerca de 100 kg de disprosio. Estos nombres tan particulares pertenecen a dos metales del grupo de las tierras raras, un conjunto de sustancias que se extraen sólo en algunas regiones del mundo debido a su peculiar comportamiento geoquímico, pero son indispensables para fabricar no solo nuestros teléfonos móviles, sino también las tecnologías necesarias para implantar las energías renovables y electrificar el transporte.

La urgencia y las ventajas incuestionables de esta revolución tecnológica verde nos hacen a menudo pasar por alto una simpleza que aquí recordamos: como toda industria, está basada en materiales.

Nuevas tecnologías y nuevos materiales

Las nuevas tecnologías necesitan nuevos materiales, que pueden convertirse en críticos, un auténtico cuello de botella para la implantación efectiva (es decir, masiva) de dichas tecnologías si no se garantiza su suministro a un coste razonable. Como es lógico, la Comisión Europea considera el acceso a estos recursos minerales críticos como una cuestión estratégica, crucial para la economía europea a través de la ejecución del Pacto Verde.

¿Qué metales necesitamos para mantenernos conectados y avanzar en la revolución verde? Son muchos y algunos, además, escasos o concentrados en pocas regiones del planeta. Es el caso del famoso coltán o de las tierras raras.

El coltán

El coltán es en realidad el acrónimo popular que se emplea para el conjunto de los minerales llamados columbita y tantalita, que suelen aparecer mezclados. El primero es óxido de niobio, el segundo óxido de tántalo, ambos con hierro y manganeso.

La posibilidad de extraer tántalo es lo que confiere un alto valor económico al coltán. Dicho elemento se emplea principalmente en la fabricación de condensadores de alta densidad de energía, permitiendo reducir el tamaño e incrementar la estabilidad térmica de múltiples dispositivos electrónicos. Por eso su uso es imprescindible en equipos como los teléfonos móviles.

Las tierras raras

Por su parte, se denomina tierras raras a los también denominados elementos lantánidos (la serie de la tabla periódica desde el lantano al iterbio) más el ytrio y el lutecio. No son tierras en el sentido popular, sino que se llamaron así debido a criterios de nomenclatura química actualmente en desuso. Y no son raras en el sentido de escasas. El adjetivo se debe a que no suelen aparecer concentradas en yacimientos, sino dispersas en minerales relativamente poco comunes.

Los elementos incluidos en esta serie tienen en común una configuración electrónica característica que hace que tengan una química similar (lo que dificulta su separación a partir del mineral), pero propiedades físicas variadas e interesantes en muy diversos campos de la industria.

A su vez, las tierras raras suelen dividirse en ligeras o pesadas en función de su número atómico (LREE y HREE respectivamente, por sus siglas en inglés). Uno de los ejemplos más conocidos es el neodimio, que incrementa dramáticamente la potencia de los imanes permanentes y, por tanto, el rendimiento de muchos motores y generadores eléctricos.

El cobalto y el litio

Hay otros elementos que se venían empleando en aplicaciones clásicas, pero que, al ser imprescindibles en tecnologías verdes, se requieren en cantidades cada vez mayores. El ejemplo más cercano es el coche eléctrico: ya hemos hablado de motores eléctricos, pero además su eficacia descansa en la producción de baterías de alta densidad de energía, que utilizan cobalto y el ya famoso litio.

Reciclaje frente a extracción

Los procesos de reciclaje son, evidentemente, una fuente importante de abastecimiento de materias primas críticas que podrían facilitar el suministro en países donde no se dispone de estos materiales, impulsando el avance y establecimiento de una economía circular.

El reciclaje de algunas materias primas de alto uso industrial es un éxito, como el caso del cobre, aluminio y aceros (ninguna de ellas críticas en la clasificación de la Comisión Europea). Desafortunadamente, el reciclado de muchos metales críticos no es tan sencillo y a menudo conlleva un alto coste energético y un procesado poco sostenible.

Algunos de estos materiales tienen una alta tasa de reciclado al final de su ciclo de vida útil, como el vanadio (44 %), el tungsteno (42 %) y el cobalto (35 %). Sin embargo, en el caso de las tierras raras ligeras y pesadas, esta tasa de reciclado cae a valores por debajo del 6 %, principalmente porque no se cuenta con sistemas de clasificación competitivos para el mercado o porque es imposible recuperar estos elementos cuando se encuentran muy diluidos en los dispositivos, como en el caso del neodimio en aleaciones de imanes permanentes (10 % en contenido) y el indio disperso en las pantallas planas.

Minería sostenible

Prescindir de estos materiales o limitar mucho su uso supondría una reducción difícil de imaginar de nuestro consumo global de energía, ¡incluso energía verde!, y de equipamiento tecnológico.

Así, junto al fomento de una cultura de ahorro y eficiencia energética y material, para muchas materias primas críticas la única solución pasa por implementar una minería también verde que permita la extracción de estos recursos cumpliendo estándares de calidad que garanticen la preservación y recuperación del medio ambiente. Así lo explicaba Tony Hand, actual embajador en Irlanda para el Pacto Climático Europeo, en una jornada sobre tierras raras organizada por los autores en Ciudad Real antes de la pandemia.

No afrontar este reto, vigilando siempre que no se degrade en un simple greenwashing minero, es equivalente a la aceptación de que el tántalo de nuestros móviles, el cobalto de nuestras baterías, el neodimio de nuestros aerogeneradores y motores eléctricos se siga extrayendo en el patio trasero del planeta (China, Congo, Brasil…) sin controles medioambientales, a menudo con explotación infantil y socavando la ejecución del Pacto Verde en Europa por nuestra dependencia de materias primas críticas.