La cara sucia de la energía limpia

Recuerdan esa tabla de los elementos químicos que estudiaron? ¿Esas hileras inferiores de nombres raros? Pues esos elementos son hoy cotidianos: son básicos en las tecnologías digitales o en la industria de las energías limpias. Tienen un gran valor económico y geopolítico y ahora se está trasladando al público su gran impacto medioambiental.

Hay 17 elementos que se denominan tierras raras: escandio (Sc), itrio (Y) y los 15 lantánidos –lantano (La), cerio (Ce), praseodimio (Pr), neodimio (Nd), prometio (Pr), samario (Sr), europio (Eu), gadolinio (Gd), terbio (Tb), disprosio (Dy), holmio (Ho), erbio (Er), tulio (Tm), iterbio (Yb) y lutecio (Lu)–. Tienen propiedades excepcionales químicas, magnéticas y ópticas por las que se usan en la fabricación de artículos de informática (sensores, discos duros, pantallas, auriculares, micros...) y teléfonos móviles, motores eléctricos y turbinas eólicas, láseres (sean de cirugía ocular o de guía de misiles), leds o fibra óptica, entre otros.

Se utiliza neodimio, por ejemplo, para fabricar imanes para bobinas de motores, desde los de patinetes y coches eléctricos o drones hasta los de aerogeneradores. Porque el neodimio potencia el magnetismo del hierro y así permite hacer imanes mucho más potentes y a la vez más pequeños y reducir el tamaño de los motores, explica el químico Ricardo Prego, profesor e investigador en asuntos medioambientales del Instituto de Investigaciones Marinas de Vigo (del Consejo Superior de Investigaciones Científicas) y autor del libro Las tierras raras (Ed. Catarata-CSIC).

Desde el 2010, China controla el 97,6% de la producción de tierras raras, según datos de la Comisión Europea (CE). El mercado de estos metales ha ido creciendo en torno a un 4% anual; en el 2018 se usaron 170.000 toneladas (en comparación, de hierro se usan 2.000 millones de toneladas). La Unión Europea (UE) o Estados Unidos incluyen las tierras raras entre los elementos esenciales por sus usos industriales, pero las importan en su casi totalidad. Y tienen elevadas cotizaciones en los mercados.

Nd (Neodimio)

Este elemento se ha observado que forma una especie de andamiaje que potencia el magnetismo del hierro, lo que lo ha convertido en básico para imanes para todo tipo de motores, pues permite fabricarlos más potentes y pequeños

Ce (cerio)

Se necesita extraer 16 kg de roca para obtener 1 kg de cerio, pero es de las tierras raras más abundantes. Se usa en coches híbridos como aditivo en carburantes diésel y catalizadores y en los coches en general en los parabrisas y cristales, en abrillantadores, en las pantallas LCD...

Eu (Europio)

Se emplea en láseres, en reactores nucleares, en iluminación, en los tubos catódicos de televisores, en pantallas digitales, para evitar la falsificación de billetes...

La dependencia del gigante asiático genera tensiones políticas y económicas. Ya en el 2010 Japón acusó a China de cortarle el suministro de tierras raras a raíz de un conflicto territorial. Durante unos años, China redujo la exportación. Los precios subieron. En la última guerra comercial entre China y EE.UU., también estaban sobre la mesa. “El ejército más potente del mundo, el estadounidense, depende de estos elementos, para las gafas de visión nocturna, los láseres para guiar misiles, para un submarino nuclear, que requiere unas cuatro toneladas de tierras raras...”, señala Prego.

No sólo son relevantes los seísmos político-económicos que causan; obtener estos metales es costoso. Suelen encontrarse varios elementos juntos, mezclados en sus minerales (carbonatos, silicatos, fosfatos) y en poca cantidad, lo que obliga a extraer mucha ganga. Y se refinan, entre otros métodos, con ácidos, para conseguir los óxidos, que es como se suelen comercializar. La minería y refinado causan grandes daños en el entorno: emisión de gases y partículas contaminantes, residuos sólidos tóxicos (a veces, radiactivos), contaminación de acuíferos...

Esa situación ha hecho que un periodista francés, ­Guillaume Pitron, que lleva años investigando los metales raros, asegure que lo contaminante que es la obtención de estos materiales convierte las energías limpias, en cuya producción se emplean, en sucias, y la transición energética ecológica, “en un mito, pues esas fuentes de energía son tan contaminantes como las de combustibles fósiles”.

Pitron sostiene que un coche eléctrico o híbrido es igual de contaminante que uno diésel o de gasolina, si se tiene en cuenta el uso de esos metales en la fabricación (en uno eléctrico se usan 9-11 kilos de tierras raras, el doble que en uno de gasolina, dice). Se ampara en estudios de investigadores franceses y de la Universidad de California-Los Ángeles. Y subraya que cuanto más potentes se harán las baterías, más carbono se emitirá en la fabricación de los vehículos.

Julio Barea, de la organización ecologista Greenpeace, desmiente que el coche eléctrico o la energía eólica sean tan contaminantes como la tecnología que usa combustibles fósiles. “Es absolutamente falso. Es una idea promovida, en parte, por los lobbies de los hidrocarburos. ¿O es que la extracción, transporte, procesado/refinado, consumo y vertidos de los combustibles fósiles no son una fuente brutal de contaminación? Han cambiado el clima del planeta. Y su uso supera en varios órdenes de magnitud la actual e incipiente industria y sector de las renovables y demás”, dice.

El periodista Guillaume Pitron dice que el uso de metales raros en la fabricación hace que un coche eléctrico sea tan contaminante como uno de gasolina o diésel, pero esta idea no tiene en cuenta que después no emite CO2

Hay estudios que subrayan que en la fabricación del coche eléctrico, como el de gasolina, se usan metales raros y se recu­rre a la minería, sí, pero las energías limpias después, duran­te su uso, no emiten CO2. Aun así, hasta el Banco Mundial ha señalado la paradoja de que los sistemas bajos en carbono hacen un uso intensivo de metales cuya explotación emite carbono.

“La extracción de los metales raros nos queda lejana, en zonas de las que casi no hay más que fotos robadas, no se conoce su impacto. Yo he estado en una de esas zonas en China y es un desastre ecológico. Hay organizaciones internacionales que lo han denunciado”, explica Pitron, quien ha visibilizado la cuestión mediante dos documentales y un libro, La guerra de los metales raros (Península).

“Al crecer en Occidente la conciencia ecológica –cuenta el periodista–, se fueron cerrando minas y empresas contaminantes y se deslocalizaron a países con una normativa medioambiental laxa”. La mina de tierras raras más importante del mundo estaba hasta los años ochenta en Mountain Pass, California. En Francia había una planta de refinado que fue suprimiendo tal actividad. “En Occidente queríamos los metales pero no el coste ecológico de obtenerlos y China lo asumió a cambio de una hegemonía del mercado (también pesaron razones de bajos costes salariales, etcétera). Aquí, en cierta manera, deslocalizamos la contaminación y así podemos decir que hacemos una transición energética ecológica. China queda como la sucia y en Occidente decimos que apostamos por las tecnologías limpias, pero detrás de ellas hay métodos sucios”, reitera.

“Las compañías que fabrican móviles o coches híbridos y eléctricos –asegura Pitron– necesitan estos metales y son conscientes del problema que generan, pero jamás dirán que sus tecnologías limpias se hacen con métodos sucios”. Compara un poco la cuestión con el dieselgate, la alteración de las mediciones de emisiones contaminantes de los vehículos diésel. “Las industrias se escudan en que ellas no extraen los minerales, en que sólo compran componentes, como si no supieran qué contienen”, dice.

Y el problema es, augura, que si se mantienen los planes de cambio de modelo energético, se deberá duplicar la producción de metales raros cada 15 años. “En los próximos 30 años se extraerá más mineral que en los últimos 70.000 años”, estima Pitron, quien critica que no se aborda esta cuestión en las cumbres sobre la crisis climática.

De hecho, el problema no está sólo en las tierras raras, se extiende al enorme uso en las industrias actuales de diversos metales, como litio, cobalto y otros. En algunos países africanos son además los nuevos diamantes de sangre, con minas de condiciones de trabajo inhumanas y controladas por grupos armados. E igualmente, se deslocaliza a países africanos o asiáticos la gestión de los desechos electrónicos con esos metales, precisa Pitron.

Barea coincide en que la minería de tierras raras es contaminante. “Como en muchos otros casos (incluidas las petroleras), las empresas extractivistas no se caracterizan por sus compromisos ambientales y priman sus intereses económicos al medio ambiente y la justicia social –se lamenta–. Greenpeace exige cumplir con las máximas garantías para la extracción”.

La dependencia de China y la previsión de aumento de las industrias han hecho que Europa o Japón se planteen la producción de tierras raras, pero la minería conlleva costes medioambientales o resulta cara

“Comparar el uso de tierras raras en industrias actuales con las derivadas del petróleo es comparar manzanas y naranjas. Utilizamos el petróleo como combustible y fuente de plásticos y las tierras raras como potenciadores de propiedades en materiales avanzados. Las tierras raras no son metales malos. Ni siquiera se usan a granel como el hierro, aluminio, cobre, estaño..., sino en pequeñas cantidades”, apunta Efthymios Balomenos, ingeniero metalúrgico de la Universidad Técnica de Atenas (Grecia) y que coordina investigaciones del proyecto Eurare, impulsado por la CE en el 2013 para desarrollar una industria europea de tierras raras.

¿Se podría hacer una minería más limpia? “La producción de metales raros –detalla Balomenos– es compleja. El efecto en el medio ambiente dependerá del mineral y la tecnología usados”. En el pasado “se extraían las tierras raras de minerales que contenían cantidades significativas de torio y uranio (radioactivos), con gran huella ambiental; hoy, no siempre es así”, dice. “Sí hay informes sobre China –admite–que describen un gran impacto ambiental, pero hoy existen las opciones tecnológicas para procesar cualquier mineral de manera segura”.

Se puede hacer una minería más limpia, invirtiendo más en protección ambiental, pero esto aumenta los costes y el precio de los metales, afirma Ricardo Prego. Esta fue una de las razones por las que se llevó esta minería a China. Ahora, la necesidad de reducir la dependencia de ese país, ante el previsible crecimiento en las próximas décadas de todas las industrias que utilizan tierras raras, ha hecho que Europa o Japón investiguen cómo conseguir explotaciones sostenibles.

La existencia de tierras raras era uno de los motivos que movieron a Donald Trump el pasado verano a proponer a Dinamarca lo que sonó a una disparatada compra de Groenlandia. En esa isla hay yacimientos conocidos y potenciales. También en Suecia (donde se descubrieron), Europa del este y otros puntos (en España los hay en Ciudad Real, Pontevedra y Salamanca, pero no se plantea su explotación). Japón estudia, sobre todo, la explotación de yacimientos submarinos, pero obligaría a utilizar ingeniería robotizada ya que se debería trabajar a más de 4.000 metros de profundidad, explica Prego. Y habría que conocer el impacto ambiental, advierte.

Así que, de momento, China marca el paso. Y empezó con la minería, pero cada vez usa industrialmente más tierras raras y ha creado una red científica (a la zona de Baotou, al sudeste de Mongolia, la llaman algunos el Silicon Valley de las tierras raras). En el último año, parece que también se ha empezado a plantear una minería menos contaminante. Incluso ha cerrado alguna explotación menor, señalaba hace unos meses un estudio de la Escuela de Estudios Medioambientales de Yale. En el país asiático ya hay quien plantea que los costes de esa extracción menos contaminante repercutan en la industria, lo que encarecería los productos.

Pitron compara este dominio chino a cómo el Reino Unido lideró la revolución industrial porque disponía de abundante carbón o cómo la alianza de EE.UU. y Arabia ha llevado la batuta durante años en el auge de la industria del petróleo.

Desde todos los sectores se apuesta, como una solución, por reciclar más materiales, como los usados en móviles y ordenadores; las tierras raras apenas se reciclan

“El problema radica en que muchas tecnologías se han construido en torno a estos elementos, pese a ser costosos de obtener. Ocurre igual con el litio, el cobalto, el coltán... La cuestión es ¿podemos prescindir de ellos? O ¿podemos prescindir del oro? Porque un gramo vale unos 40 euros y se debe extraer una tonelada de material para obtenerlo, y se usan cianuros, mercurio para refinarlo… Pero la sociedad no se plantea dejar de usarlo. Al menos hay que exigir que se tengan en cuenta los costes medioambientales”, reflexiona Manuel Viladevall, ingeniero y catedrático de Prospección Minera jubilado de la Universitat de Barcelona.

David S. Abraham ya subrayaba en el 2016 en su libro The elements of power que las tierras raras y esos otros metales esenciales no se usan en millones de toneladas, pero son la base de las industrias de hoy, cuando décadas atrás apenas se valoraban. Pero nunca como hasta ahora se habían usado tantos elementos químicos.

¿Son tan indispensables las tierras raras? ¿Se podrían sustituir por otros materiales? Según Balomenos, la investigación de la UE ya trabaja tanto “en buscar extracciones eficientes y sostenibles, como en la sustitución de estos metales críticos, como en aumentar su reciclaje”.

“Desde el punto de vista químico, son elementos únicos por su estructura y propiedades electromagnéticas, que los hacen muy útiles para láseres e imanes, que hoy tienen multitud de usos”, señala Ricardo Prego, “así que son indispensables en las industrias más punteras; si se quitaran del mercado, sería como devolver la sociedad a los pasados años sesenta”. “Lo que ha empezado a hacer la industria, la del automóvil por ejemplo, es reducir la cantidad que usa para rebajar costes”, precisa.

Pedro Gómez-Romero, que dirige el grupo de investigación en nuevos materiales para la energía en el Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia (ICN2) (de la Universitat Autònoma de Barcelona y el CSIC), señala que hay muchos investigadores en el mundo trabajando en nuevos materiales para reducir la dependencia de las tierras raras y otros metales de amplio uso. Su grupo estudia nuevos superconductores o baterías para almacenar energía (no usan tierras raras sino iones de litio o azufre), pero otros investigadores prueban sustitutos del neodimio en los imanes (como el galio). Por ahora, no se consigue desbancar la potente fórmula de neodimio, más hierro, más boro (llamados imanes NdFeb, NIB o neo).

“Costará sustituir estos materiales”, afirma. Otra vía podrían ser los materiales bidimensionales (láminas atómicas sin apenas espesor, que se pueden doblar, unir entre ellas…) que al juntar de distintos muestran propiedades insospechadas. El investigador puntualiza que no se debe culpar a la tecnología por el uso de los materiales, sino al modelo económico que prima el consumismo.

Industria, ecologistas, organismos oficiales… todos apuestan, de cara al futuro, en que aumentará la demanda, por la “minería urbana”, es decir, el reciclaje. “La mayor mina de coltán, litio y tierras raras se encuentra en nuestras casas, almacenes y vertederos. Ahí es dónde hay que trabajar e investigar para recuperar al máximo estos materiales”, asegura Barea.

“Hay que ir a un modelo económico circular; con el actual son muchos los problemas. En tecnología, hay que reparar más y reciclar. Cuando hacemos nuestras elecciones tecnológicas, esto hay que tenerlo en cuenta”, urge Pitron.

“Se promueve recuperar los minerales de los bienes de consumo que desechamos. Se recicla al menos la mitad de metales como el oro, la plata, el aluminio, pero apenas un 4% de tierras raras. Recuperarlas de un móvil no parece rentable pues contiene una cantidad ínfima (miligramos), pero Japón calculó que tenía 300.000 toneladas de tierras raras en sus vertederos y así planteó acrecentar el reciclaje. Todos los expertos coinciden en que el modelo de consumo debe cambiar pues hay un despilfarro de todos los materiales. En cinco o diez años se ha dicho que podría haber carestía de, al menos, europio, itrio, neodimio, disprosio y terbio”, explica Prego.

“Hoy, ya se exige investigación save by design, que se usen preferentemente materiales no contaminantes ni tóxicos, que sean accesibles y reciclables o reutilizables (ni que sea despiezados). En mi grupo, para hacer un electrodo nos planteamos, ¿de óxido de cobalto o de fosfato de litio y hierro? Elegimos lo segundo porque el cobalto es más caro y difícil de obtener”, indica Gómez-Romero.

Pitron considera que “es importante también que la información sobre materiales como las tierras raras llegue al consumidor, para que pueda exigir a los productores cambiar las malas prácticas. En Holanda ya hay una empresa (Fairphone) que fabrica un teléfono móvil con principios éticos”, ejemplifica. “Los consumidores de hoy –continúa– quieren saber y si ven que un smartphone no se hace con métodos limpios, probablemente pidan explicaciones a las empresas. Algunas ya empiezan a asegurarse que sus materias primas no se extraen en condiciones negativas. Hay una toma de conciencia incipiente”. Cree que es un asunto del que se hablará mucho en los próximos años.

De piedras de mechero a esenciales

Las tierras raras ya se conocían en el siglo XVIII, explica Ricardo Prego. Se descubrieron en Suecia (en Ytterby, de ahí el nombre de iterbio) y ya se les dieron aplicaciones industriales como piedras de mecheros, fundas de faroles o para pulir lentes. El mayor uso empezó en los años sesenta del siglo XX con la fabricación de televisores en color (se emplean en los tubos catódicos). El nombre se lo dio la Enciclopedia Francesa (antes se usaba el término terres para denominar los óxidos) pero, pese a él, no son tan escasas, precisa Prego. “Hay más lutecio que oro en la corteza terrestre”, ilustra. Prego tampoco es partidario de llamarlos metales raros; esos serían los escasos como paladio, osmio... Ve más correcto hablar de “elementos críticos”, fundamentales en muchas industrias. Sobre si podrían escasear, hay expertos que lo creen, otros dicen que hay muchas reservas.

¿Minería espacial?

“Se han hallado metales raros en los asteroides y hay quien augura que, como la demanda crecerá, se irá al espacio a buscarlos. Yo no lo creo, pues resultaría carísimo –dice Pitron–. Es más rentable obtenerlos en la Tierra, eso sí, cada vez a mayor profundidad. O en el fondo del océano”. Ahora, admite que por los minerales “se revisó el tratado del espacio en la época de Obama en la presidencia de EE.UU.; se introdujo que el espacio es de todos, pero si una empresa va a explotar minas, el producto será suyo. Así que se abrió una puerta”. En los próximos años se verá.

8 tierras raras en un móvil 

- Aunque sea en cantidades inferiores al gramo, en un teléfono móvil se usan hasta ocho tierras raras.

En la electrónica: disprosio (Dy), praseodimio (Pr), neodimio (Nd), gadolinio (Gd) y terbio (Tb) para, por ejemplo, producir el sonido o la vibración.

En la pantalla: itrio (Y), lantano (La), europio (Eu), además de Tb, Pr, Dy, y Gd para la iluminación, los colores... Esto, entre casi 30 metales usados (litio, cobalto,oro...).

- En un coche híbrido se usa un kilo de Nd, Pr y Dy, además de La, Tb, Y, Eu, y cerio (Ce) para los motores (el principal y una veintena más de elevalunas, retrovisores...), catalizadores, sensores, baterías, la pantalla LCD, los cristales, la pintura...

- En un ordenador portátil, se usan 2,4 g de tierras raras.

- Una turbina eólica contiene más de 300 kg de Nd, Pr, Dy.

- Otros usos: en medicina (resonancia magnética, rayos X, tratamientos oncólogicos, antiquemaduras); química (catalizadores, fertilizantes, refinado de petróleo, pinturas y pigmentos, por ejemplo, para reducir la decoloración); en iluminación, en leds, fosforescentes y fluorescentes, en superconductores, cerámica y vidrios (para dar resistencia al calor), en pilas, en las industrias nuclear, la aeronáutica y la espacial, aleaciones de acero...