Nuestra sociedad, cada vez más dependiente de las tecnologías, se encuentra de nuevo en una encrucijada. Los dispositivos electrónicos que nos rodean a diario requieren en la mayoría de los casos del uso de tierras raras, un conjunto de 17 elementos químicos que por sus características físico-químicas se han convertido en el “oro tecnológico” del siglo XXI. Sin embargo, los métodos de extracción de estos materiales, poco amigables con el medioambiente, llevaron al grueso de las potencias a no invertir en su producción e importar estos materiales. Ahora China tiene el control del mercado de tierras raras y decide cuándo, dónde y con quién. Se presentan retos para el uso y distribución de estos elementos con propiedades increíbles, y quizás el mayor de ellos sea dar con el modo de poder extraerlos de una forma sostenible y sin dañar el entorno.

Texto: Lucía Casas | periodista científica, titular de una beca CSIC/FBBVA 

“Como quizás ya sepan, los minerales que se consideran cada vez más valiosos en el mundo son aquellos que se utilizan en la fabricación de teléfonos móviles y ordenadores: itrio, terbio, osmio, disprosio, etcétera. Todos escasean. Y el problema es aún más acuciante porque China tiene su enorme garra de panda firme sobre casi todas las minas que producen estos valiosos y escasos minerales de la Tierra”. Así justifica Peter Isherwell, el histriónico y multimillonario empresario que representa a ciertos magnates de la tecnología en la hilarante película Don’t Look Up, la decisión de dar marcha atrás a la misión que trata de destruir el cometa Diviasky antes de que colisione contra la Tierra causando la extinción de toda vida en el planeta.La razón de cancelar la última oportunidad de la humanidad para evitar un trágico final es simple: el cometa alberga una cantidad desorbitada de tierras raras. Aunque en el mundo real no debemos enfrentarnos al impacto de una roca enorme que viaja a altas velocidades por el espacio en dirección a nuestro hogar, existe una parte del relato que ficción y realidad comparten: el creciente interés por estos elementos químicos, que han pasado de ser los olvidados de la tabla periódica a ser los causantes de un conflicto geopolítico de primer orden en cuestión de décadas.

Ytterby, donde todo empieza

El descubrimiento de las primeras tierras raras se lo debemos, en parte, al teniente sueco Carl Axel Arrhenius, que estando destinado en un archipiélago cercano a Estocolmo (Suecia) durante 1788 encontró en una mina de feldespato cercana al pueblo de Ytterby un extraño material oscuro. Arrhenius, que había estudiado química en la Casa Real de la Moneda, sabía que aquel hallazgo no podía tratarse de carbón debido a su gran peso, de modo que decidió hacer llegar la muestra al químico Johann Gadolin. Tras analizarla, Gadolin concluyó que aquella piedra contenía un elemento nuevo, que más tarde recibiría el nombre de gadolinita en su honor. Aunque la gadolinita se desestimaría años después al tratarse de una mezcla de silicatos en lugar de un solo elemento, de aquella cantera salieron las primeras tierras raras conocidas por el ser humano: en homenaje a Ytterby recibirían los nombres de itrio, terbio, erbio e iterbio, distinción envidiable para un pequeño pueblo y caso único en la tabla periódica. Ytterby fue el escenario de partida de una búsqueda que se prolongaría durante más de un siglo y que daría como resultado una lista de diecisiete elementos: escandio, itrio y el grupo completo de lantánidos.

Aunque el nombre que ha perdurado para designar a estos elementos sea el de las tierras raras, ni son tierras, ni son tan raras. Antiguamente el término «tierra» se utilizaba para denominar a los óxidos, compuestos de varios elementos químicos. Durante años se pensó que muchos compuestos eran tierras raras, hasta que la llegada de la espectroscopía pudo finalmente ayudar a los químicos a diferenciar los compuestos de los elementos más básicos en base a sus líneas espectrales. Con respecto al segundo término, conviene aclarar que estos elementos no son raros debido a que haya una menor abundancia de ellos en el planeta. De hecho, algunas tierras raras, como el itrio o el neodimio, son bastante comunes, mucho más que otros elementos tan ubicuos como la plata. Sin embargo, sí resulta poco común encontrar tierras raras puras, ya que suelen estar adheridas a otros materiales, de ahí que su extracción requiera bastante esfuerzo además de causar un impacto ambiental destacable.

Baotou, infierno y paraíso

En la región interior de Mongolia, perteneciente a la República Popular China, se encuentra el área minera de Baotou, principal explotación de tierras raras a nivel mundial y tristemente conocida por el impacto ambiental que ha causado la mina Bayan Obo del complejo industrial Baogang Steel and Rare Earth en el entorno de sus instalaciones. De la operación de extracción de tierras raras ha derivado la creación de un lago artificial, que más bien recuerda a un vertedero de desechos tóxicos, un cementerio humeante y gris que no ha parado de crecer desde los años cincuenta. Y es que una de las aristas más puntiagudas y preocupantes de la dependencia de las tierras raras es su modelo de extracción, altamente contaminante.

Existen diferentes métodos dependiendo del tipo de suelo en que se encuentren estos materiales. Para zonas con abundancia de monacita, un grupo de varios minerales que suelen contener tierras raras, se recurre a la lixiviación para separar los distintos materiales mediante el uso de un disolvente líquido, generalmente ácido sulfúrico, que ataca al mineral a una temperatura media de 200 ºC. Evidentemente el proceso no acaba aquí, ya que para obtener tierras raras de gran pureza es necesario limpiar la muestra con tratamientos entre los que se incluyen hidróxidos de amonio y sodio, ácidos, sulfatos y otras sustancias. Aunque las tierras raras presenten similitudes entre ellas, no todas responden a los mismos tratamientos ni logran precipitarse solo ante el uso del ácido sulfúrico. Y esto solo en el caso de la monacita. 

Se estima que producir una tonelada de tierras raras genera en torno a 100.000 m³ de gas residual que contiene, entre otros compuestos, dióxido de azufre y ácido sulfúrico. También produce alrededor de una tonelada de residuos radiactivos como torio y uranio, además de contaminar alrededor de 75.000 litros de agua, un bien que en no pocos lugares escasea. Entonces, ¿por qué se asume el coste medioambiental de extraer estos materiales? La justificación se halla en la multitud de aplicaciones de las tierras raras, que gracias a sus propiedades magnéticas y ópticas se han convertido en un activo muy valioso para la sociedad industrializada y en motivo de discordia para las potencias mundiales.

La Edad de las tierras raras

Las propiedades de las tierras raras están íntimamente ligadas a su configuración atómica y electrónica. Los diecisiete elementos se caracterizan por tener un comportamiento químico muy similar; generalmente el estado de oxidación de las tierras raras suele ser trivalente (+3) y son elementos muy estables. Sus átomos suelen presentan un gran apantallamiento en sus orbitales externos, un efecto derivado de las fuerzas de repulsión que ejercen los electrones entre sí y el cual hace que arrancarlos de uno de estos átomos requiera del uso de mucha energía. Debido precisamente a sus similitudes químicas suelen encontrarse juntos, de ahí que su extracción y separación también sea complicada.

Son tantas las aplicaciones de estos elementos que podríamos decir que, al igual que en su momento la humanidad experimentó las tres Edades —de piedra, de bronce y de hierro—, en la actualidad vivimos inmersos en la frenética Edad de las tierras raras. Las encontramos en aleaciones metálicas (cerio y erbio), en los discos duros de nuestros ordenadores (terio e iterbio), en cualquier televisor plano (europio e itrio) o incluso en un marcapasos (prometio). Para la producción de electricidad a partir de turbinas, presentes en casi la totalidad de las llamadas energías verdes o renovables (salvo el caso de la fotovoltaica), se recurre al uso de imanes permanentes, compuestos generalmente por neodimio o por una aleación de samario y cobalto. En los microondas, en los rayos láser, en la calibración de instrumentos de observación astronómica, en medicamentos y tratamientos contra el cáncer o la artritis reumatoide… estos extraños elementos dominan el mundo y su utilización, en algunos casos, parece ser inevitable.

Uno de los campos donde el papel de las tierras raras parece indispensable es la óptica. Concepción Cascales, profesora de investigación del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMMCSIC), lleva años trabajando en el Grupo de Materiales Láser y Luminiscentes con Tierras Raras del centro. Allí desarrollan todo tipo de materiales basados especialmente en lantánidos trivalentes, desde láseres de estado sólido hasta nanopartículas luminiscentes. “Una de las ventajas de los láseres basados en tierras raras es que presentan emisiones en longitudes de onda características, específicas de cada lantánido, y que abarcan desde el ultravioleta hasta el infrarrojo cercano”, comenta la investigadora. Otra de las aplicaciones más novedosas, explica Cascales, es la utilización de nanopartículas dopadas con tierras raras, que “pueden utilizarse como nanosondas en bioimagen, en luminiscencia o como agente de contraste en resonancia magnética. Y también en termometría sin contacto, como una especie de nanotermómetros que pueden introducirse en las células. Cabe pensar en usar estas nanopartículas como plataformas capaces de incorporar simultáneamente todas esas funcionalidades”. Y aunque quizás se podría pensar en hacer todo esto con otros materiales, en la actualidad no hay aún ningún sustituto adecuado.

Félix Jiménez-Villacorta es doctor en Física y actualmente se encuentra en el hub estratégico de tecnologías neutrónicas ESS Bilbao. Durante años ha investigado las posibles alternativas a los imanes permanentes fabricados con tierras raras, otra de las aplicaciones más rentables de estos elementos. “La aplicación fundamental de los imanes que tienen tierras raras es la generación de energía”, comenta. Para generar electricidad necesitamos un campo magnético, y este es el principio que siguen todas las turbinas para producir energía. Sin embargo, “para generar una corriente eficiente durante mucho tiempo debemos tener un imán muy estable, que no pueda desimanarse. Los que se utilizan en los aerogeneradores eólicos pueden pesar de una a cuatro toneladas, y además deben ser muy duros magnéticamente. Esta eficiencia solo la consigues con tierras raras”, resume. Pese a ello, Jiménez-Villacorta señala que se pueden fabricar imanes permanentes sin estos materiales, aunque no se alcancen unas condiciones tan favorables, como es el caso de los imanes de ferrita. “Otra solución es reciclar los imanes que ya no se utilicen, ya que estos no pierden sus propiedades con el paso del tiempo”, concluye.

Al mejor postor

La Unión Europea, EE. UU. y Japón denunciaban hace una década ante la Organización Mundial del Comercio (OMC) la necesidad de iniciar una investigación contra China debido a las restricciones impuestas por el país asiático a la hora de exportar tierras raras y otras materias primas. Desde entonces, la presión en torno a estos materiales no ha hecho más que crecer en paralelo al liderazgo de China en el sector. Pandemia por medio, los precios se han encarecido y China ha aprendido a usar esta superioridad como moneda de cambio para conseguir aquello que desee. Mario Esteban, investigador del Real Instituto Elcano y profesor del Centro de Estudios de Asia Oriental de la Universidad Autónoma de Madrid, considera que la clave es la alta concentración de la producción de tierras raras en China ya que “es el país con las mayores reservas de tierras raras del mundo, con el 44 %, pero el porcentaje de la producción de estas tierras raras que concentra es significativamente mayor, casi monopolístico en algunas de ellas”.

La razón de este monopolio se esconde tras la estrategia liberal que adoptaron las potencias mundiales en las pasadas décadas y que llevaron a la mayoría de países a importar estos elementos en lugar de producirlos: “Si China quiere asumir el coste medioambiental de la extracción de tierras raras, que lo hagan ellos y nosotros ya compraremos el producto final. Este era el pensamiento de países como Estados Unidos hace no tanto”, explica Esteban.

Por supuesto, la situación ha cambiado, en parte porque “en un contexto de creciente competencia geopolítica, particularmente entre Estados Unidos y China, Pekín puede utilizar su control sobre las tierras raras como palanca para intentar influir sobre otros países que las necesitan”, dice el experto. Ahora las tierras raras son un activo importante a nivel económico, íntimamente relacionado con las nuevas tecnologías y punto clave en la transición energética. Estados Unidos, Australia, Rusia o Brasil no pueden permitirse incertidumbres ni quieren depender de China. Por ello, según Esteban, “están impulsando proyectos de producción de estos elementos en sus territorios. Y a la par, también encontramos empresas que llevan un tiempo buscando tecnologías alternativas; por ejemplo, en el sector automotriz, que es uno de los más dependientes”.

Sin embargo, y aunque el resto de países decidan iniciar ahora proyectos propios para la extracción de estos materiales, China presenta una ventaja decisiva y fulminante, y es que “la sociedad civil no tiene capacidad en el país para imponer sus prioridades a las autoridades”, resume Esteban: las principales explotaciones de tierras raras en China se encuentran en zonas con un nivel socioeconómico muy bajo, de modo que su población asume el coste medioambiental de estas actividades contaminantes por necesidad. Esto da un margen a las autoridades difícil de imaginar en otros países como Australia.

Un horizonte incierto

Las tierras raras no dejarán de ser un activo valioso para los países, al menos no en un futuro inmediato, y su aplicación en determinados sectores parece ser inevitable, de modo que cabe preguntarse: ¿Cómo podemos minimizar el impacto de estos elementos en nuestras vidas? La extracción de tierras raras deberá ir acompañada de un compromiso real por parte de las autoridades a la hora de sancionar a aquellas empresas cuyo impacto ambiental supere las recomendaciones de los expertos. La investigación dedicada al desarrollo de nuevas aplicaciones para estos elementos deberá complementarse con estudios que exploren todas las posibilidades alternativas siempre que eso sea posible y, por supuesto, para tratar de encontrar métodos menos dañinos para el entorno. Posibilidades factibles, recomendadas y anheladas, aunque quizás la respuesta más sensata sea la misma para todos los problemas que enfrenta la humanidad; decrecer, por derecho propio más que por necesidad.