Existe una demanda creciente de metales de tierras raras en nuestra sociedad de alta tecnología, pero el suministro mundial es limitado.
Los investigadores han desarrollado un método respetuoso con el medio ambiente para recuperar metales de tierras raras.
El método consiste en un proceso denominado «electrodeposición», en el que una corriente eléctrica de baja intensidad hace que los metales se depositen.
Esta investigación supone un avance positivo para aumentar la sostenibilidad de los metales de tierras raras, a la vez que contribuye a la cadena de suministro de la revolución digital.
Los metales de tierras raras son fundamentales para la sociedad de alta tecnología en la que vivimos, como componente esencial de los teléfonos móviles, los ordenadores y otros muchos dispositivos cotidianos. Sin embargo, la creciente demanda y el suministro mundial limitado significan que debemos encontrar con urgencia una forma de recuperar estos metales de manera eficiente a partir de productos desechados.
Los metales de tierras raras se extraen actualmente o se recuperan mediante el reciclaje tradicional de residuos electrónicos. Sin embargo, presentan inconvenientes, como el alto coste, los daños medioambientales, la contaminación y los riesgos para la seguridad humana. Aquí es donde entra nuestra investigación en curso.
Nuestro equipo, en colaboración con el centro de investigación Tecnalia de España, ha desarrollado una forma de utilizar productos químicos respetuosos con el medio ambiente para recuperar metales de tierras raras. Consiste en un proceso denominado «electrodeposición», en el que una corriente eléctrica de baja intensidad hace que los metales se depositen sobre una superficie deseada.
Esto es importante porque, si ampliamos nuestro proceso a escala, podemos aliviar la presión sobre el suministro mundial y reducir nuestra dependencia de la minería.
La creciente demanda de metales de tierras raras
Los metales de tierras raras son el nombre colectivo de un grupo de 17 elementos: 15 de la «serie de los lantánidos» de la tabla periódica, junto con los elementos escandio e itrio. Estos elementos poseen propiedades catalíticas, metalúrgicas, nucleares, eléctricas, magnéticas y luminiscentes únicas.
El término «tierras raras» hace referencia a su distribución uniforme pero escasa por todo el mundo, constatada después de que fueran descubiertos por primera vez a finales del siglo XVIII.
Estos minerales son componentes críticos de los dispositivos electrónicos y esenciales para muchas tecnologías verdes; se encuentran en los imanes de las turbinas eólicas y en las baterías de los vehículos híbridos eléctricos. De hecho, se requieren hasta 600 kilogramos de metales de tierras raras para el funcionamiento de una sola turbina eólica.
La demanda anual de metales de tierras raras se duplicó hasta 125 000 toneladas en 15 años, y se prevé que la demanda alcance las 315 000 toneladas en 2030, impulsada por la creciente adopción de tecnologías verdes y el avance de la electrónica. Esto está generando una enorme presión sobre la producción mundial.
¿No podemos simplemente extraer más metales raros?
Los metales de tierras raras se extraen actualmente mediante la minería, lo que conlleva una serie de inconvenientes.
En primer lugar, es costosa e ineficiente, porque extraer incluso una cantidad muy pequeña de metales de tierras raras requiere explotar grandes superficies.
En segundo lugar, el proceso puede tener enormes repercusiones medioambientales. La minería de minerales de tierras raras genera grandes volúmenes de material tóxico y radiactivo, debido a la coextracción de torio y uranio, metales radiactivos que pueden causar problemas para el medio ambiente y la salud humana.
En tercer lugar, la mayor parte de la minería de metales de tierras raras se realiza en China, que produce más del 70 % del suministro mundial. Esto suscita preocupación por la disponibilidad a largo plazo, especialmente después de que China amenazara con restringir su suministro en 2019, durante su guerra comercial con Estados Unidos.
El reciclaje de residuos electrónicos no es la respuesta completa
Mediante el reciclaje de residuos electrónicos, los metales de tierras raras pueden recuperarse de productos electrónicos como teléfonos móviles, portátiles y baterías de vehículos eléctricos, una vez que llegan al final de su vida útil.
Por ejemplo, recuperarlos de las baterías de vehículos eléctricos implica procesos tradicionales de hidrometalurgia (tratamiento con medios corrosivos) y pirometalurgia (tratamiento térmico). Pero estos presentan varios inconvenientes.
La pirometalurgia consume mucha energía, ya que implica múltiples etapas que requieren altas temperaturas de funcionamiento, de alrededor de 1000 ℃. Además, emite contaminantes como dióxido de carbono, dioxinas y furanos a la atmósfera.
Por su parte, la hidrometalurgia genera grandes volúmenes de residuos corrosivos, como sustancias muy alcalinas o ácidas, por ejemplo hidróxido de sodio o ácido sulfúrico.
Procesos de recuperación similares también se aplican a otras tecnologías de almacenamiento de energía, como las baterías de iones de litio.
Por qué nuestra investigación es diferente
Ante estos desafíos, nos propusimos encontrar un método sostenible para recuperar metales de tierras raras mediante electrodeposición.
La electrodeposición ya se utiliza para recuperar otros metales. En nuestro caso, hemos diseñado una composición respetuosa con el medio ambiente basada en sistemas de líquidos iónicos (a base de sales).
Nos centramos en la recuperación del neodimio, un metal de tierras raras importante por sus excepcionales propiedades magnéticas y por su demanda extremadamente elevada en comparación con otros metales de tierras raras. Se utiliza en motores eléctricos de automóviles, teléfonos móviles, turbinas eólicas, discos duros y dispositivos de audio.
Los líquidos iónicos son muy estables, lo que significa que es posible recuperar el neodimio sin generar subproductos que puedan afectar a su pureza.
La novedad de nuestra investigación con líquidos iónicos para la electrodeposición es la presencia de agua en la mezcla, que mejora la cantidad de metal de neodimio final recuperado.
A diferencia de los métodos previamente descritos, podemos recuperar el metal de neodimio sin utilizar una atmósfera controlada, y a una temperatura de funcionamiento inferior a 100 ℃. Estas son consideraciones clave para industrializar esta tecnología.
En esta etapa, disponemos de una prueba de concepto a escala de laboratorio utilizando una solución de líquido iónico con agua, en la que se recupera el neodimio en su forma metálica más valiosa en unas pocas horas. Actualmente estamos estudiando cómo ampliar la escala del proceso.
Un primer paso importante
Con el tiempo, nuestro método podría evitar la necesidad de extraer metales de tierras raras y minimiza la generación de residuos tóxicos y nocivos. También promete ayudar a aumentar los rendimientos económicos de los residuos electrónicos.
Es importante destacar que este método podría adaptarse para recuperar metales de otras aplicaciones al final de su vida útil, como las baterías de iones de litio, como un informe de 2019 proyectó un crecimiento anual de la producción del 11 % en Europa.
Nuestra investigación es un primer paso importante hacia el establecimiento de una vía de procesamiento limpia y sostenible para los metales de tierras raras, y hacia el alivio de las presiones que soportan estos elementos críticos.
