Terres rares: què són i per què són importants

BarcelonaDes de la pasta de dents fins als bitllets d’euro o els telèfons mòbils. La majoria de les coses que fem servir cada dia estan fabricades amb elements que procedeixen de sota terra. Els darrers anys, a més, l’ús de minerals s’ha incrementat exponencialment per la transició energètica i perquè som una societat cada vegada més tecnològica. Alguns d'aquests materials es consideren estratègics i crítics, d’alt valor afegit i crucials per a la indústria. I dins d’aquest grup hi ha les terres rares.

Què són les terres rares?

Són un grup de 17 elements químics, 15 dels quals del grup dels lantànids, a més de l’escandi i l’itri. Es diuen terres perquè, com apunta Ramon Carbonell, professor de recerca del CSIC al Geociències Barcelona (GEO3BCN-CSIC), en el passat es designava així els òxids. I l’adjectiu rares no fa referència que estiguin en baixes concentracions, perquè, de fet, són bastant abundants, sinó al fet que són molt difícils de trobar a la natura de manera aïllada.

“N’hi ha moltes, però no pures, sinó barrejades amb formes químicament alterades o amb altres materials, i això obliga a aplicar processos químics per separar-les”, apunta Carbonell. A més, no estan concentrades en dipòsits, sinó molt disperses, fet que en complica l’extracció. Per això, tot i que es van començar a descobrir al segle XVIII, no s’han començat a explotar a escala industrial fins al segle XX.

Per què són importants?

Les seves propietats magnètiques, òptiques i elèctriques les fan de moment insubstituïbles en nombroses aplicacions avançades. Per exemple, tenen una conductivitat molt alta, i això les fa crucials per a la fibra òptica, les pantalles led i els dispositius electrònics.

On es fan servir?

Per fer-nos-en una idea, un sol telèfon mòbil o un ordinador actual conté almenys 75 elements químics obtinguts a partir de com a mínim 12 minerals diferents, gràcies als quals les pantalles són tàctils, emeten llum i vibren, entre altres característiques. Les terres rares s'utilitzen en processos químics avançats, en defensa, aeronàutica; per fabricar radars i sensors; en energies renovables i bateries recarregables; satèl·lits espacials i grans telescopis, i en la indústria mèdica.

On es troben?

Habitualment se'n troben en zones de formació muntanyosa, associades a jaciments minerals de qualsevol tipus. Solen aparèixer en petites quantitats barrejades dins d’altres minerals d’explotació i en forma d’òxids. A les mines de coure, per exemple, se n’acostumen a trobar. El dipòsit més gran del món de terres rares es troba a Bayan Obo, al nord de la Xina, d’on s’extreu al voltant del 50% de la producció mundial d’aquests minerals. També n'hi ha reserves al Vietnam, Rússia, els Estats Units, el Canadà, el Brasil i Austràlia.

Kiruna, a la Lapònia sueca, una gran regió minera del país escandinau, allotja la reserva de terres rares més gran d'Europa. A Groenlàndia també n'hi ha en abundàncies interessants. D’aquí, apunta Patricia Córdoba, científica titular del CSIC a l’Institut de Diagnòstic Ambiental i Estudis de l’Aigua (Idaea) de Barcelona, l’interès dels Estats Units en aquest país pertanyent a Dinamarca. Tanmateix, allà, indica aquesta investigadora, “hi ha un problema ambiental greu, perquè molts dipòsits de terres rares tenen també urani i tori; ambdós, elements radioactius que es podrien alliberar durant el procés d’extracció, fet que comportaria greus riscos per a la salut humana i del medi ambient, contaminació de sòls i d’aigües”.

A Río Tinto, a Huelva, també se'n troben, tot i que en petita concentració. A Catalunya hi havia hagut exploracions per buscar minerals crítics fa anys, però ara no hi ha cap explotació de matèria primera crítica en marxa, en bona part per la pressió social, assenyala Córdoba. Igualment, afegeix Carbonell, “en tenim en tan poca quantitat que no és factible extreure-les”.

També s’ha observat que alguns asteroides i llunes d’altres planetes contenen altes concentracions metàl·liques que podrien tenir terres rares. És per això que en un futur es podrien plantejar missions per explotar aquests cossos.

Com s’extreuen?

Per aconseguir-les cal obrir mines, com les tradicionals per recuperar metalls. Com que les terres rares estan barrejades amb altres minerals, s’han d’aplicar processos molt agressius per separar els elements. Es fan servir àcids i altres productes químics que alliberen substàncies tòxiques en el procés. “Tenen un gran impacte a nivell mediambiental, és clar que no són sostenibles de cap manera”, assegura Carbonell. Un cop separades, les terres rares s’han de purificar, també a través de processos químics agressius. “És crucial tractar els residus que es generen adequadament per no contaminar el terra ni els dipòsits d’aigües subterrànies”, ressalta Córdoba, d’Idaea-CSIC. A més, alguns minerals alliberen residus radioactius durant el procés, fet que en complica encara més la gestió.

Les terres rares extretes arreu del món s’envien a la Xina, que refina el 85% d’aquests materials. Als anys 80 aquest país asiàtic va impulsar-ne la producció com a prioritat nacional i va construir instal·lacions especialitzades per a la separació i purificació. Enlloc més n'hi ha de tan avançades. “Allà la regulació ambiental ha estat molt laxa, s’hi han fet coses impensables a Europa”, remarca Córdoba.

D’on venen les terres rares que s'utilitzen a Europa?

Al continent europeu, la pressió social durant els anys 80 i 90 pels problemes ambientals i de sostenibilitat associats a la mineria va portar a abandonar l’explotació de minerals d’alt valor afegit per a la indústria. “Això fa que depenguem de la Xina”, destaca Córdoba, que explica que després que el 2008 la Comissió Europea constatés que Europa està en una situació crítica, va començar a legislar per revertir-la. Així, el 2011 va publicar una llista d’elements metàl·lics d’alt valor afegit considerats estratègics, entre els quals hi havia terres rares. Aquesta llista, que s’actualitza cada 3 anys, ha anat augmentant el nombre de metalls inclosos.

A més, l’any passat es va aprovar la llei de matèries primeres crítiques a la UE, que persegueix incentivar-ne l’extracció i proposa que un 10% dels materials necessaris per a la indústria europea es puguin extreure a la UE el 2030. “Hi ha una trampa i és que no diuen com, perquè l’extracció xoca de ple amb les lleis de protecció ambiental”, ressalta Córdoba, per a qui “caldria implementar, a més, refinaries i plantes de reciclatge d’aquests metalls a Europa; fet que comportaria almenys entre una i dues dècades”.

Hi ha alternatives a les terres rares?

L’elevat impacte en el medi que ocasiona l’extracció, recuperació i tractament d’aquests minerals, sumat al fet que la Xina en tingui el monopoli, fa que els experts reclamin que es busquin materials alternatius capaços de proporcionar les mateixes característiques. En aquest sentit, s’estan investigant els nanomaterials, per exemple. Reciclar és també una opció desitjable, tot i que amb la tecnologia actual amb prou feines es poden recuperar materials crítics per cobrir un 20% de la demanda europea. En part, perquè molts materials no es poden recuperar al 100%. De liti, per exemple, present a les bateries recarregables dels vehicles elèctrics, només se’n pot recuperar al voltant de l’1%.

Per això, cada cop hi ha més veus que reclamen que es legisli per obligar els fabricants a aplicar l’ecodisseny en els productes i a allargar-ne la vida útil. “Estem desenvolupant tecnologies de reciclatge, però encara no ens permeten recuperar prou materials per abastir la demanda que hi ha”, afirma Córdoba, que encapçala el projecte Recopps, de recuperació de matèries crítiques. Un dels principals esculls és que "per recuperar un material d’un mòbil, per exemple, calen més recursos que per comprar-lo de nou". "No estan pensats per poder ser reciclats, necessitem més conscienciació i polítiques que fomentin el reciclatge i l’ecodisseny", reclama.

I també, recorda Carbonell, un canvi com a societat. El model de consum actual i de creixement continu fa que aquestes terres rares siguin cada cop més necessàries per continuar fabricant objectes. L’impacte no és tan sols ambiental, sinó de justícia social. “Com a societat hem de decidir d’on venen, si de la Xina o l'Àfrica, on les lleis no són tan restrictives com a casa nostra, o podem fer un exercici de responsabilitat i intentar extreure’ls aquí, tot i que no es podran cobrir les necessitats actuals d’Europa. El preu que pagarem és l’afectació al nostre medi ambient”, planteja Carbonell, per a qui s’hi suma una altra qüestió clau de justícia social. “En països com ara la Xina o el Senegal la mà d’obra que extreu aquests minerals, molt sovint infants, treballa en situacions molt penoses”, lamenta.

Per a què serveixen 10 de les terres rares més buscades

Praseodimi

Utilitzat per a imants permanents en els vehicles elèctrics. I també motors elèctrics, sobretot en aerogeneradors i en vehicles elèctrics. També en drons. Fa els imants més petits i silenciosos, com ara el de les neveres de casa.

Escandi

Es troba en l’estructura dels avions en aliatge amb l’alumini; en les raquetes de tenis, o en les bicicletes per fer aquests objectes més durs. I com a additiu en làmpades de vapor de mercuri.

Gadolini

S’utilitza per fabricar imants, vidres i granats d’alt índex de refracció; també làsers, rajos X, memòries d’ordinadors, o com a contrastant en ressonàncies magnètiques.

Europi

Matèria fonamental en els fòsfors vermell i blau per a pantalles de televisió i ordinadors.

Samari

Crucial per al desenvolupament dels motors elèctrics moderns.

Itri

Es troba en objectes com les pantalles LCD o les bombetes de baix consum. Permet el fantàstic color vermell de les pantalles planes. S’utilitza també per fer superconductors a alta temperatura i filtres de microones de granat d’itri i ferro.

Iterbi i terbi

Permeten emmagatzemar dades informàtiques en equips cada cop més petits i amb més capacitat per les seves propietats magnètiques.

Neodimi

Utilitzat per fabricar motors elèctrics, sobretot en aerogeneradors i en vehicles elèctrics, en drons. Permet que els imants siguin més petits i silenciosos, com ara el de les neveres de casa, i també molt potents, i és clau quan l’espai i el pes són factors limitants, per això es fan servir en discos durs d’ordinadors. També es fan servir aquests imants en la direcció assistida, les finestres elèctriques i altaveus. Aquesta terra rara també es fa servir de colorant en esmalts ceràmics i cristalls de diversos tipus, i en la fabricació de les ulleres que utilitzen els soldadors, ja que absorbeix la llum ambre de la flama de l’arc voltaic.

Els astrònoms l’utilitzen per calibrar uns dispositius anomenats espectròmetres i filtres de radiació infraroja. I alguns cristalls que contenen neodimi s’utilitzen en la fabricació de robins sintètics utilitzats en làsers de radiació infraroja. Els làsers de neodimi es fan servir en odontologia i medicina.

Lantà

Constitueix fins al 50% de les lents de les càmeres digitals, incloent-hi les dels telèfons mòbils. Es fa servir per a bateries de vehicles elèctrics híbrids; en la fabricació d’acer per eliminar impureses i en la producció d’aliatges especials. S’utilitza com a base de catalitzadors per refinar petroli; en vidre d’alt índex de refracció, per a l’emmagatzematge d’hidrogen i elèctrodes de bateries.

Ceri

S'utilitza com a oxidant químic, en el poliment de lents; com a colorant groc per a objectes de vidre i ceràmica; catalitzador de forns amb autoneteja i catalitzadors de cracking en refineries de petroli. Es fa servir en la fabricació d’acer per eliminar impureses i en la producció d’aliatges especials.