Debido al avance en la búsqueda de un futuro más sostenible, la demanda de recursos utilizados en las tecnologías que permiten la producción de energías renovables ha crecido exponencialmente. Éste crecimiento indiscriminado presenta tanto desafíos como posibilidades significativas.
Tal es así, que se trata de la mayor oportunidad económica desde la Revolución Industrial.
¿Qué son los Minerales Críticos?
Los minerales críticos son aquellos que son vitales para la economía y cuya cadena de suministro es vulnerable a interrupciones. Su importancia se centra en su uso en tecnologías avanzadas, indispensables para llevar a cabo la transición energética.
Principales minerales críticos y sus aplicaciones
- Litio: Utilizado en baterías de iones de litio, fundamentales para vehículos eléctricos y almacenamiento de energía renovable.
- Cobalto: También crucial para baterías recargables, aunque su extracción está asociada con preocupaciones éticas y ambientales.
- Níquel: Mejora la densidad energética de las baterías, alargando su vida útil y eficiencia.
- Cobre: Indispensable para la conducción eléctrica, presente en vehículos eléctricos, redes de transmisión y paneles solares.
- Tierras raras: Grupo de 17 elementos necesarios para la fabricación de imanes de alta resistencia, componentes electrónicos y catalizadores.
La escasez de oferta no se debe precisamente a la carencia de recursos, sino a la sobre demanda que existe hoy en día.
A su vez, la concentración de extracción en determinadas regiones, puede poner en riesgo la seguridad económica y tecnológica de las naciones. Estamos atravesando un cambio global que desplaza a los combustibles fósiles como principal fuente, lo cual genera riesgos geopolíticos, ambientales y sociales.
Por ejemplo, más del 60% del cobalto mundial proviene de la República Democrática del Congo, mientras que China domina el mercado de tierras raras, controlando aproximadamente el 85% de la capacidad de procesamiento.
La producción de minerales críticos puede tener impactos ambientales incluyendo la deforestación, contaminación del agua y emisiones de gases de efecto invernadero.
Además, la minería de cobalto y otros materiales en países donde abunda la mano de obra y escasea el empleo, se ha asociado con condiciones laborales peligrosas y explotación infantil.
¿Qué son las Tierras Raras?
Las tierras raras son un grupo de 17 elementos químicos en la tabla periódica, que incluyen el escandio, itrio y los 15 lantánidos. A pesar de su nombre, muchas de estas tierras no son particularmente raras en términos de abundancia en la corteza terrestre. Sin embargo, su extracción y procesamiento son complejos y costosos debido a su distribución geológica y la necesidad de técnicas avanzadas para separarlas de otros minerales.
China posee un tercio de la totalidad de tierras extrañas a nivel mundial, es decir, aproximadamente 44 millones de toneladas; seguida por Brasil y Vietnam, que cuentan con aproximadamente 21 millones de toneladas, cada uno.
¿Cuáles son los 17 elementos de las Tierras Raras?
Es el elemento más abundante de las tierras raras y tiene una apariencia plateada y brillante. Con un punto de fusión de 798°C, es relativamente blando y maleable.
Este elemento es crucial en la industria de los catalizadores automotrices, que disminuyen la emisión de gases contaminantes.
Además, se emplea en la producción de vidrios y esmaltes, mejorando su durabilidad y resistencia a las altas temperaturas. Una de las aplicaciones más interesantes del cerio es en las piedras de encendedor (ferrocerio), donde al rasparse produce chispas a alta temperatura. También se utiliza en aleaciones metálicas para mejorar la resistencia y las propiedades mecánicas de otros metales. En la industria del petróleo, el cerio actúa como un catalizador en el proceso de craqueo, ayudando a descomponer las moléculas grandes de hidrocarburos en moléculas más pequeñas y útiles.
El cerio fue descubierto en 1803 por los químicos suecos Jöns Jacob Berzelius y Wilhelm Hisinger, y de manera independiente por el químico alemán Martin Heinrich Klaproth, contemporáneamente. Fue nombrado en honor al asteroide Ceres, descubierto dos años antes.
Aunque es el más abundante de los elementos de tierras raras, su separación de otros elementos requiere procesos químicos complejos. Es el vigésimo sexto elemento más abundante en la corteza terrestre.
Se trata de un elemento metálico sólido que no existe en la corteza terrestre de forma aislada. Conocido por su alta reactividad y maleabilidad, relativamente blando, con un punto de fusión de 1407ºC.
Es útil para producir catalizadores y pulir cristales. Se utiliza en la indrustria nuclear (en barras de control en reactores). También, como componente para láseres y la fabricación de discos compactos, y en imanes permanentes de alta resistencia. Se usa además en aleaciones con acero inoxidable.
El disprosio fue descubierto en 1886 por el químico francés Paul-Émile Lecoq. Su nombre proviene del griego «dysprositos» que significa «difícil de obtener».
Ocupa el lugar 66 en la corteza terrestre.
Plateado y lustroso, conocido por su alta estabilidad y moderada reactividad. Tiene un punto de fusión de 1529°C y es relativamente blando.
Este elemento es fundamental en la industria de las telecomunicaciones, donde se utiliza en amplificadores de fibra óptica para mejorar la transmisión de señales de luz en largas distancias, especialmente en redes de internet de alta velocidad.
El erbio también se emplea en la fabricación de vidrios y cerámicas, donde mejora las propiedades ópticas y la resistencia a las altas temperaturas. En el ámbito de la medicina, el erbio se utiliza en láseres, especialmente en procedimientos dermatológicos y odontológicos, debido a su precisión y eficacia en la ablación de tejidos.
Fue descubierto en 1843 por el químico sueco Carl Gustaf Mosander. Su nombre proviene de la aldea sueca de Ytterby, un lugar conocido por ser una rica fuente de minerales de tierras raras.
Ocupa el lugar 44 en la corteza terrestre.
Es un elemento ligero, blando y con un punto de fusión alto (1541ºC), lo que lo hace ideal para el diseño de naves espaciales. Le confiere más resistencia al aluminio al alearse a él, y a la vez reduce su peso.
Además, se utiliza en la fabricación de depósitos de hidrógeno para vehículos que lo utilizan como principal fuente de combustible.
Cuando se le añade yoduro de escandio a las lámparas de vapor de mercurio, producen una luz muy similar a la solar (denominada luz solar artificial) de una alta eficiencia; también es utilizado en los televisores de alta resolución.
El escandio fue descubierto en 1878 por el químico sueco Lord Fredrick Nilson. Etimológicamente, su nombre proviene del latín Scandia (Escandinavia), ya que se encuentra sobre todo en minerales escandinavos.
Es el vigésimo tercer elemento más abundante en el Sol, de los primeros en las estrellas y el quincuagésimo en la Tierra.
Suave y plateado, conocido por su alta reactividad y facilidad para oxidarse en el aire. Con un punto de fusión de 826°C, es uno de los metales más blandos de las tierras raras.
Se utiliza en pantallas de televisión a color, lámparas fluorescentes y cristales. Es el más reactivo de las tierras raras.
El europio fue descubierto en 1890 por el químico francés Paul-Émile Lecoq. Su nombre hace referencia al continente europeo.
Ocupa el lugar 52 en la corteza terrestre.
Conocido por su alta ductilidad y maleabilidad. Tiene un punto de fusión de 1312°C y es moderadamente reactivo.
Posee propiedades metalúrgicas, mejora la resistencia a la oxidación a altas temperaturas del hierro y el cromo. Suele ser usado como barra de control para reactores nucleares. Además, es usado para la imaginología por resonancia magnética (como agente de contraste que ayuda a mostrar el tejido anormal del cuerpo).
El gadolinio fue descubierto en 1880 por el químico suizo Jean Charles Galissard de Marignac, quien lo identificó en el mineral gadolinita, nombrado en honor al químico finlandés Johan Gadolin.
Ocupa el lugar 41 en la corteza terrestre.
Con un punto de fusión de 1461ºC y moderadamente reactivo al aire.
Tiene la mayor fuerza magnética de todos los elementos, por lo que se utiliza para crear campos magnéticos. Es usado como catalizador en reacciones químicas industriales.
En medicina, se utiliza el láser de Holmio. También en equipos de espectroscopia y en fabricación de dispositivos electrónicos.
En 2017 IBM desarrollo una técnica para almacenar 1 bit de información en 1 átomo de Holmio en un lecho de óxido de magnesio.
El holmio fue descubierto en 1878 por los químicos suizos Marc Delafontaine y Jacques-Louis Soret. Su nombre proviene de «Holmia» el nombre latino de la ciudad Estocolmo.
Ocupa el lugar 56 en la corteza terrestre
Plateado y brillante, conocido por su suavidad y ductilidad. Tiene un punto de fusión de 824°C y es moderadamente reactivo, especialmente cuando se expone al aire.
El iterbio se utiliza en algunos tipos de láseres y en dispositivos de fibra óptica, donde mejora la transmisión de señales de luz. Además, se emplea en la fabricación de aceros inoxidables especiales y otros materiales que requieren una alta resistencia a la corrosión y una gran durabilidad.
En el ámbito de la medicina, el iterbio-169 se utiliza en algunas técnicas de imágenes radiográficas.
Fue descubierto en 1878 por el químico suizo Jean Charles Galissard de Marignac, quien lo identificó en el mineral gadolinita. Su nombre proviene de la aldea sueca de Ytterby, famosa por sus depósitos de minerales de tierras raras.
Ocupa el lugar 45 en la corteza terrestre.
Es un elemento metálico de transición, lustroso y plateado, que destaca por su versatilidad en la industria moderna. Este elemento tiene una densidad media y un punto de fusión relativamente alto (1526ºC).
Su uso principal se encuentra en la fabricación de fósforos para pantallas de televisores y luces LED, donde se utiliza para producir colores brillantes y nítidos. Además, el óxido de itrio es un componente crucial en los superconductores de alta temperatura, mejorando su eficiencia.
El itrio fue descubierto en 1794 por el químico finlandés Johan Gadolin en un mineral que posteriormente se denominó gadolinita en su honor. El nombre de «itrio» proviene de la localidad sueca de Ytterby, un lugar conocido por poseer una gran cantidad de minerales raros.
Ocupa el lugar 28 en abundancia en la corteza terrestre. Sin embargo, destaca su presencia en la composición de estrellas antiguas y meteoritos.
Es un elemento metálico de transición, brillante y plateado, conocido por su alta reactividad y ductilidad. Tiene un punto de fusión de 920°C y es blando, tanto que puede ser cortado con un cuchillo.
Este elemento es fundamental en la industria de los catalizadores, particularmente en los convertidores catalíticos de los automóviles.
Además, el lantano es crucial en la fabricación de baterías de níquel-hidruro metálico (NiMH), que se utilizan en vehículos híbridos y dispositivos electrónicos.
También es un componente esencial en vidrios ópticos de alta calidad, ya que mejora su resistencia y claridad. En el ámbito de la iluminación, los compuestos de lantano se emplean en las lámparas de arco de carbono para proyectores de cine y estudios de televisión.
El lantano fue descubierto en 1839 por el químico sueco Carl Gustav Mosander. El nombre «lantano» proviene del griego «lanthanein,» que significa «escondido,» ya que estuvo oculto en el mineral cerio durante mucho tiempo antes de ser identificado como un elemento separado.
Este elemento no es abundante en la corteza terrestre, ocupando el lugar 57 en términos de abundancia, pero es más común en el universo.
Es, sin dudas, uno de los elementos más importantes de las tierras raras.
Es el metal más pesado de las tierras raras, del grupo lantánidos, además es el elemento más difícil de aislar con un punto de fusión de 1652ºC (por lo que es altamente resistente al calor).
El lutecio-176 es un isótopo radioactivo. El lutecio-177 se usa para el tratamiento de adultos en tumores neuroendocrinos gastroenteropancreáticos. Se emplea además en compuestos médicos para imágenes de resonancia magnética. Suele utilizarse como catalizador en el craqueo del petróleo en las refinerías.
El lutecio fue descubierto en 1907 por el químico francés Georges Urbain. Su nombre proviene de «Lutetia» el antiguo nombre latino de París, en honor a la ciudad donde Urbain realizó su investigación.
Ocupa el lugar 60 en la corteza terrestre.
Es un elemento de la serie de los lantánidos, de color plateado y brillante, conocido por su alta reactividad. Tiene un punto de fusión de 1021ºC y es relativamente blando y maleable.
El neodimio es indispensable en la fabricación de imanes permanentes, considerados los más fuertes del mundo, utilizados en motores eléctricos, discos duros, turbinas eólicas y auriculares de alta calidad.
En la industria del vidrio y la cerámica, se utiliza para dar color y mejorar las propiedades ópticas. También se emplea en la producción de láseres; el Láser de Neodimio tiene aplicaciones médicas y, además, se utiliza para cortar y soldar materiales.
En 1885, fue el químico austríaco Carl Aver von Welsbach quien logró la separación del neodimio y el praseodimio. El nombre «neodimio» proviene del griego «neos» (nuevo) y «didymos» (gemelo), en referencia a su relación con el praseodimio.
Aunque no es extremadamente abundante, ocupa el lugar 28 en la corteza terrestre, siendo más común que otros elementos de las tierras raras.
Destacada especialmente en la fabricación de imanes de alta potencia, esenciales para un gran número de aplicaciones en tecnologías avanzadas.
Es un elemento metálico de tierras raras de color amarillo plateado, dúctil y maleable. Tiene un punto de fusión de 931°C y se oxida fácilmente al contacto con el aire, formando una capa verde en su superficie.
Este elemento es esencial en la fabricación de imanes permanentes de alta resistencia, utilizados en motores eléctricos, generadores y sistemas de energía eólica.
Además, se usa en la producción de vidrios y esmaltes, donde le da a estos materiales un color amarillo brillante. También se emplea en las gafas de soldador y vidrios protectores, ya que puede filtrar la luz infrarroja y ultravioleta, protegiendo la vista. En el campo de la iluminación, se utiliza en las lámparas de arco de carbono para estudios cinematográficos y proyectores.
El praseodimio fue descubierto en 1885 por el químico austríaco Carl Auer von Welsbach, quien lo separó del neodimio. Su nombre proviene de las palabras griegas «prasios» (verde) y «didymos» (gemelo), debido a su similitud con el neodimio y su óxido de color verde.
Es el cuadragésimo sexto elemento más abundante en la corteza terrestre.
Es un elemento que no se encuentra de manera natural en la Tierra, sino que se produce en laboratorios. Es radioactivo con un punto de fusión de 1042ºC. Debido a su reactividad, sus aplicaciones son limitadas, pero específicas y valiosas.
El prometio se utiliza en baterías nucleares de larga duración, aprovechando su radiactividad para generar electricidad. Estas baterías tiene aplicaciones en dispositivos que requieren energía constante durante largos períodos, como marcapasos y equipos espaciales.
También se emplea en la fabricación de pintura luminiscente.
Fue descubierto en 1945 por los químicos Jacob A. Marinsky, Lawrence E. Glendenin y Charles D. Coryell, quienes lo identificaron en los productos de fisión del uranio. Su nombre proviene de «Prometeo», el titán de la mitología griega que robó el fuego a los dioses y se lo dio a la humanidad.
Este elemento no se encuentra naturalmente en la corteza terrestre debido a su corta vida media, pero se produce en reactores nucleares y puede ser encontrado en pequeñas cantidades en los productos de fisión de los elementos más pesados.
Presenta una estructura cristalina romboedral, con un punto de fusión de 1072ºC.
Se utiliza en imanes de Samario-Cobalto (usados en audífonos). El samario-153 es el componente activo del fármaco utilizado para eliminar células cancerígenas, en cáncer de pulmón, próstata, mama y osteosarcoma. Otros usos son en la catálisis de reacciones químicas y en láser de rayos X. También tiene aplicaciones aeroespaciales y militares.
El samario fue descubierto en 1853 por el químico suizo Jean Charles Galissard de Marignac, quien lo aisló a partir del mineral samarskita. Su nombre honra al ingeniero ruso Vasili Samarsky-Bykhovets.
Es el 40º elemento más abundante en la corteza terrestre.
Plateado y brillante, conocido por su alta ductilidad y maleabilidad. Con un punto de fusión de 1356°C, es relativamente estable al aire y se oxida lentamente.
Se emplea en la fabricación de imanes de alta resistencia y en la producción de materiales magnetoestrictivos (que cambian de forma al aplicarse un campo magnético) utilizados en dispositivos de precisión y sensores.
Además, el terbio es crucial en la producción de fósforos para pantallas de televisión, luces fluorescentes y luces LED, donde se utiliza para emitir colores verde y amarillo, mejorando la calidad de la imagen y la eficiencia de la iluminación. En la industria tecnológica, se utiliza en la fabricación de discos duros y otros componentes electrónicos avanzados.
El terbio fue descubierto en 1843 por el químico sueco Carl Gustaf Mosander, quien lo identificó en el mineral gadolinita. Su nombre proviene de la aldea sueca de Ytterby, un lugar rico en minerales de tierras raras.
Ocupa el lugar 65 en la corteza terrestre.
De color plateado brillante, conocido por su alta maleabilidad y ductilidad. Tiene un punto de fusión de 1545°C y es moderadamente reactivo.
Se utiliza como fuente de radiación en aparatos portátiles de rayos X y en algunos láseres de estado sólido, es decir que opone resistencia a los cambios de forma y volumen. Los láseres de Tulio son demandados para la cirugía en láser, ya que son muy eficientes para la ablación superficial de tejidos. En combinación con el holmio, itrio, aluminio y cromo, se utiliza en aplicaciones militares, medicina y meteorología.
El tulio fue descubierto en 1879 por el químicos sueco Per Teodor Cleve. Su nombre proviene de «Thule» el nombre latino de Escandinavia. El precio por kg osciló entre 4600 y 13.300 dólares en el período de 1959 a 1998, en estado de pureza del 99,9%.
Ocupa el lugar 69 en la corteza terrestre.
Resumen de aplicaciones en energías renovables:
- Generadores de turbinas eólicas: Los imanes de neodimio son componentes vitales para su desarrollo, éstos generadores convierten la energía cinética del viento en electricidad.
- Vehículos Eléctricos: Los motores eléctricos de alta eficiencia en vehículos eléctricos (VE) dependen de los imanes permanentes que contienen neodimio, praseodimio y disprosio.
- Baterías Recargables: Elementos como el lantano y el cerio se utilizan en las baterías de níquel-hidruro metálico (NiMH), que alimentan algunos tipos de vehículos eléctricos híbridos.
- Paneles Solares: Algunos materiales fotovoltaicos que convierten la luz solar en electricidad también requieren tierras raras, como el terbio, para mejorar su eficiencia y durabilidad.