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Sin las tierras raras no existirían ni los smartphones, ni los televisor actuales, ni los ordenadores portátiles, ni los vehículos eléctricos. Y esto solo por mencionar únicamente algunos artículos que forman parte del día a día.Y es que, sin estos elementos sería imposible la transición energética. Y no es para menos, pues son indispensables en sectores como el energético, aunque tienen múltiples usos en otras ramas, como la de las telecomunicaciones, las tecnologías verdes o la industria. El principal inconveniente de las tierras raras es sencillo: son muy difíciles de obtener. Esencialmente porque nunca aparecen de forma pura, sino que algunos de ellos forman parte de otros minerales. Además, su extracción es muy cara, tanto desde el punto de vista del coste de extracción como por su alto impacto medioambiental.
La manera clásica de obtener tierras raras es a través de la minería, un proceso complicado, lento, costoso y contaminante (pues muchas de ellas se extraen de minerales en los que hay elemento radiactivos). Por ello, una de las alternativas que se están barajando en la actualidad es la recuperación de estos preciados metales a partir de residuos industriales y de aparatos electrónicos desechados.
Un proceso más limpio y eficaz
Sin embargo, esta opción también es cara y poco respetuosa con el medio ambiente, pues requiere de productos químicos corrosivos, como el ácido clorhídrico concentrado para su extracción. Lo que significa que, para solucionar un problema medioambiental, es posible que estemos creando otro nuevo.
Sin embargo, recientemente, un equipo de bioquímicos liderado por el experto en química orgánica James Tour, de la Universidad Rice, en Houston (Texas), ha ideado una fórmula idónea para extraer estos preciados metales: a través de pulsos de calor producidos por la corriente eléctrica. Esta nueva técnica, presentada en un estudio publicado en la revista Science Advance, es dos veces más eficaz que la usada con los métodos actuales y utiliza productos químicos muchos menos dañinos para el medio ambiente.
Pulso de corriente
Cuando un pulso de corriente pasa por un tubo que contiene cenizas de carbón, un destello de luz indica un calentamiento rápido. Entonces, los elementos de tierras raras se vuelven mucho más fáciles de extraer.
Un proceso complejo
Para conseguirlo, el equipo de Tour probó cómo podrían obtenerse a partir de cenizas volantes, un subproducto polvoriento de color gris que se obtiene a partir de la quema de carbón y que contiene las mismas concentraciones de tierras raras presentes en el mineral original. Para conseguirlo, los investigadores mezclaron este producto con humo negro, de forma que mejorara la conductividad eléctrica, y luego colocaron la mezcla resultante en unos tubos de cuarzo transparentes, en cuyos extremos colocaron condensadores eléctricos que enviaban pulsos de corriente eléctrica, lo que provocaban que provocaran una serie de flashes de color blanco y amarillento. Y lo más importante, que su temperatura aumentase drásticamente hasta alcanzar los 3.000 ºC en un segundo, para luego enfriarse rápidamente.
Los fosfatos de las tierras raras se transforman en óxidos, que son más solubles y fáciles de extraer.
Este súbito pico de calor provoca dos reacciones. En primer lugar, cuando el carbón se quema como combustible se forman unos trozos microscópicos de vidrio en su interior que atrapan las partículas de tierras raras, por eso es tan difícil su extracción. En segundo lugar, ese aumento drástico de la temperatura también producía cambios químicos: los fosfatos de las tierras raras se transforman en óxidos, que son más solubles y fáciles de extraer.
Esos dos cambios permitieron a los científicos emplear soluciones menos corrosivas, y por tanto, menos nocivas para el medio ambiente. Por ejemplo, el equipo de Tour conseguía hacerse con tierras raras únicamente concentraciones de ácido clorhídrico fuesen unas 120 veces inferiores a los métodos de extracción actuales, y aun así conseguía extraer el doble de lo que conseguían con los métodos tradicionales.
Alta dependencia de China
La posibilidad de obtener tierras raras a partir de residuos contribuiría a solventar uno de los problemas principales derivados de la obtención de estos elementos: su alta dependencia de China, el país del que importamos cerca del 100% de estos elementos, y que utiliza su monopolio para restringir las exportaciones y hacer subir los precios en el mercado internacional. Y es que depender de un proveedor extranjero pone al resto de los países en una clara desventaja, tanto económica como estratégica.
Este nuevo proceso permite la obtención del doble de material de una manera mucho más limpia.
Sin embargo, a pesar de los innegables beneficios de este nuevo proceso, sigue habiendo importantes obstáculos. Una vez extraídas, hay que separar las tierras raras en elementos individuales para diferentes aplicaciones, lo que «sigue siendo un gran reto», afirma, ingeniera medioambiental de la Universidad de Duke, experta en procesos de extracción de estos elementos, quien también está involucrada en el estudio. Las compañías encargadas de estos procesos suelen usar disolventes orgánicos como el queroseno, que a su vez causan problemas medioambientales y son difíciles de reciclar. Por eso, para solucionar este tipo de contratiempos, el equipo de Sheikhi creó unos filamentos de celulosa biodegradable que se adhieren y capturan el neodimio, un componente esencial que puede encontrarse, por ejemplo, en los imanes de las turbinas eólicas.
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Poco más de 10 euros por tonelada
Otra de las principales dificultades es que, para funcionar bien, debería ampliarse de forma masiva si es que se quiere ser eficaz. Y es que, como afirma Sheikhi, los procesos de alta temperatura son caros. La buena noticia es que es rápido, lo que se traduce en una reducción de costes, que el equipo de Tour cuantificó en unos 10,53 euros por tonelada de ceniza volante tratada. El propio equipo consiguió desarrollar un proceso para transformar neumáticos en grafeno, mientras que una empresa derivada desarrolló una técnica similar para ampliar este proceso utilizando calentadores más grandes.
Si este nuevo método funciona, podría emplearse para un sinfín de residuos industriales. Y es que se calcula que cada año se producen 40 millones de basura electrónica, 150 toneladas de lodo rojo y 750 millones de cenizas volantes de carbón. Teniendo en cuenta que la quema de carbón contribuyó a crear la actual crisis medioambiental, no estaría mal que la chispa de las tecnologías verdes pudiera obtenerse de los residuos provocados por los combustibles fósiles, señalan los autores del descubrimiento.
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