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Minerales raros: Reutilización y sustitución de recursos críticos

Fuente: Deutsche Welle - Autor: Michel Penke - 13 de Abril de 2021.


A medida que se dispara la necesidad de materias primas críticas como el litio y el silicio, el reciclaje podría reducir la necesidad de nuevas minas. Pero los científicos también están explorando sustitutos. Uno de ellos se asemeja a una salsa espesa.


En siglos pasados, los países enfrentados podían recurrir a vehículos blindados y ametralladoras, cabezas nucleares y portaaviones para mostrar su poderío y asegurar sus intereses. Hoy en día, sin embargo, es más probable que los Estados utilicen las sanciones económicas como armas para imponer sus programas políticos. Más que los tanques y los torpedos, los aranceles y las restricciones comerciales parecen ser las armas de nuestro tiempo.


El líquido de descarga de tierras raras brota en un lago negro que se ha acumulado de las aguas residuales cerca de Baotou en el norte de China.


En este panorama son especialmente importantes las materias primas críticas, un grupo de 30 recursos - sobre todo metales - que la UE considera insustituibles para las economías industriales desarrolladas.


A medida que aumenta la demanda, estos materiales se revalorizan, exponiendo la vulnerabilidad de las industrias que dependen de su accesibilidad. Según un estudio de la Comisión Europea, las industrias aeroespacial, de defensa, electrónica, automotriz y de uso intensivo de energía necesitan acceder al menos a 21 de los 30 materiales de la lista.


El sector de las energías renovables necesita algo menos, pero también depende totalmente de las importaciones. Sin ellas, la fabricación de energía fotovoltaica, eólica y de vehículos eléctricos que dependen de las baterías de iones de litio resulta imposible. Lo mismo ocurre con la impresión en 3D, los drones, la robótica y otras tecnologías digitales.


De las 30 materias primas críticas, la bauxita, los metales de silicio, el borato y el cobalto se consideran las más críticas para la tecnología.


¿para qué sirven las materias críticas?


"La demanda futura depende en gran medida de cómo evolucionen los desarrollos tecnológicos", afirma Hanns Günther Hilpert, Jefe de la División de Investigación de Asia del grupo de expertos alemán SWP. "La industria probablemente encontrará formas de sustituir algunos de ellos, o desarrollará soluciones tecnológicas alternativas".


Las baterías para los vehículos eléctricos, por ejemplo, podrían seguir aumentando la demanda de litio chileno, pero igualmente esa tecnología podría ser superada por la propulsión por hidrógeno, que requiere pocos materiales metálicos críticos.


Sin embargo, Hilpert afirma que estas materias primas seguirán siendo importantes como lo fueron en el pasado el mineral de hierro, el cobre, el níquel y el aluminio. "En el futuro, los conflictos girarán en torno a las materias primas críticas", afirma.


La demanda futura: El litio podría dispararse


Los países industrializados, incluidos los Estados Unidos y los Estados miembros de la Unión Europea, han tratado de predecir sus necesidades futuras. El mismo estudio de la Comisión Europea calcula que la demanda de litio para su uso en vehículos eléctricos se multiplicará como máximo por 44 en 2050. El uso de grafito y cobalto, sin embargo, podría ser sólo once veces mayor que los niveles actuales.


¿Cuánto necesitaremos de materias primas críticas?


La explotación de nuevos yacimientos sería la forma más fácil de satisfacer la creciente demanda, y para algunas de las 30 materias primas críticas se han identificado reservas sin explotar. Por ejemplo, depósitos de tierras raras en Brasil y Vietnam, cobalto en Cuba y Rusia, y titanio en Brasil y Kenia.


El reciclaje de las materias primas críticas aún está en sus inicios


Otra opción es el reciclaje, al menos en teoría. Sin embargo, tal y como están las cosas, el proceso suele ser complicado y caro, y como las empresas que fabrican ordenadores portátiles, teléfonos móviles y turbinas eólicas no publican los componentes que incorporan a sus productos, sólo ellas estarían en condiciones de reciclarlos.


Melanie Müller, experta en materias primas de SWP, que investiga la gobernanza de los recursos, con especial atención a los Estados del África subsahariana, critica la falta de legislación que obligue a las empresas a rendir cuentas de lo que producen. "Nuestras ciudades están llenas de materias primas que simplemente están tiradas, sin ser utilizadas. Hay mucho margen de mejora".


Sin embargo, aunque algunos metales, como el tungsteno o el cobalto, podrían reciclarse en cantidades notables, eso no se aplica a toda la lista.


Muchas materias primas críticas no son reutilizables, en este cuadro se informan los porcentajes de reciclaje de las distintas materias primas críticas


Otro estudio de la Comisión Europea concluyó que materias primas como el galio y el indio no pueden reciclarse en absoluto. En esos casos, la única opción es la sustitución.


"Se está investigando mucho en el ámbito de la sustitución", dijo Müller. "Para algunas materias primas críticas es posible, pero para otras no".


La perovskita al rescate: Nuevas investigaciones sobre la sustitución del silicio


Uno de los investigadores que trabaja en las sustituciones es Stefan Weber, físico alemán especializado en la investigación de polímeros. Forma parte de un equipo internacional del instituto de investigación de la Sociedad Max Planck que busca una forma de sustituir el silicio en los paneles solares.


"En realidad, el silicio no es un material ideal para la fotovoltaica porque es un pésimo absorbente", explica. "Para absorber la luz, se necesita una cantidad relativamente grande de silicio". Está explorando una tecnología de película fina llamada perovskita, que funciona como "hacer panqueques". "Lo mezclas como una salsa y lo untas sobre una superficie hasta que cristaliza y forma el material de perovskita", dijo, y añadió que el "cristal es muy espeso".


En su forma actual, la perovskita no es lo suficientemente eficiente desde el punto de vista energético como para ser económicamente viable, pero el equipo está tratando de ajustar la producción de nanoestructuras sin tener que comprometer la eficiencia energética. Por ejemplo, si se coloca en una célula de silicio, la eficiencia energética aumenta en torno al 50% en comparación con los paneles solares convencionales.


Apoyarse sólo en la perovskita es prometedor: los paneles solares convencionales incluyen una capa de silicio de 100 a 200 micrómetros, más o menos del grosor de un cabello. Según Weber, las células solares de capa fina sólo necesitarían entre medio y un micrómetro de perovskita, es decir, sólo un 1% de la cantidad de material que se utiliza actualmente.


Pero hay algunos problemas: Las células de perovskita son considerablemente menos duraderas que sus homólogas normales. Mientras que los modelos actuales duran veinte años, las células de perovskita sólo tienen una vida útil de dos años. Además, contienen plomo, un metal pesado que es tóxico para el cuerpo humano. "Los requisitos legales son muy estrictos, y lo son por una buena razón", afirma Weber.


Aunque anticipa que los primeros módulos podrían estar disponibles en tres o cinco años, dice que pasará al menos otra década antes de que la tecnología de la perovskita se consolide. "Todavía hay mucho que no sabemos".



Fuentes para las imágenes de este artículo: aquí

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