Terre Rare, il cuore invisibile della tecnologia moderna. Scrive Valori

I 17 elementi delle terre rare (Rare-Earths Elements), tra cui il cerio e l’ittrio, sono poco noti al grande pubblico, ma le loro proprietà magnetiche e ottiche li rendono minerali essenziali per la tecnologia moderna, utilizzati nelle turbine eoliche, nelle apparecchiature mediche, nei droni, nei veicoli elettrici, nei display elettronici e molto altro. I predetti elementi chimici sono: cerio, disprosio, erbio, europio, gadolinio, itterbio, ittrio, lantanio, lutezio, neodimio, olmio, praseodimio, promezio, samario, scandio, terbio e tulio.

«Siamo nel XXI secolo con tecnologie trasformative, ma i metalli critici sono essenziali per realizzarle. Sentiamo molto parlare dell’importanza del litio nelle batterie agli ioni di litio, ma le terre rare rientrano in realtà nella stessa categoria», afferma Patrick Ryan, Ceo di Ucore Rare Metals Inc., un’azienda mineraria e tecnologica canadese specializzata in metalli critici.

Sebbene vengano chiamate “terre rare”, il problema non è la loro rarità. Come lo stagno, il piombo, il rame e altri, le terre rare si trovano nella crosta terrestre e hanno depositi naturali (luoghi in cui sono concentrati minerali utili) in tutto il mondo. Tuttavia, la loro distribuzione non uniforme e la difficoltà di estrazione lo rendono un problema sia ambientale che geopolitico. Si prevede che questi problemi diventeranno più gravi con l’aumento della domanda di tali elementi.

Immaginate se non avessimo accesso a questi metalli essenziali, se perdessimo posti di lavoro e non fossimo in grado di raggiungere i nostri obiettivi in materia di cambiamenti climatici. In base alle circostanze attuali, si prevede che la domanda di ossidi di terre rare aumenterà di cinque volte entro la fine del decennio 2020, il che potrebbe portare a carenze di approvvigionamento in futuro.

La prima sfida risiede nel processo di estrazione. Le terre rare tendono a trovarsi insieme ad altri minerali nei giacimenti. La bastnäsite, una delle principali fonti commerciali di terre rare, è composta da ossidi di più terre rare e deve essere lavorata per recuperare i singoli elementi. Questo minerale fu descritta per la prima volta dal chimico svedese Wilhelm Hisinger (1766-1852) nel 1838. Prende il nome dalla miniera di Bastnäs vicino a Riddarhyttan, Västmanland, Svezia. La bastnäsite si trova anche come esemplari di altissima qualità nei Monti Zagi, Pakistan. La bastnäsite si trova nel granito alcalino e nella sienite e nelle pegmatiti associate. Si trova anche nelle carbonatiti e nelle feniti associate e altre metasomatiti.

Questi processi estrattivi possono talvolta sollevare preoccupazioni per la salute e la sicurezza, ad esempio a causa della fuoriuscita di materiali pericolosi o radioattivi nelle falde acquifere. Le terre rare di per sé non sono particolarmente tossiche, sono semplicemente combinate con altre cose tossiche, come metalli pesanti e materiali radioattivi.

L’estrazione di una sola tonnellata di terre rare può generare fino a 2.000 tonnellate di rifiuti pericolosi. Ciò accade raramente, ma dappertutto, dove l’estrazione di terre rare è attiva, l’attività mineraria ha portato alla contaminazione del suolo e dell’acqua. Le terre rare hanno la paradossale proprietà che, pur essendo essenziali per le tecnologie a basse emissioni di carbonio, il processo di estrazione dal sottosuolo danneggia ulteriormente l’ambiente.

La seconda sfida è rappresentata dal fatto che i giacimenti minerari e le miniere in cui vengono estratti sono concentrati in determinati Paesi. L’estrazione nella Repubblica Popolare della Cina è pari al 60% dell’attività mineraria e del 90% della raffinazione, e al di fuori della Cina vi sono solo quattro impianti di raffinazione. E ciò comporta gravi rischi geoeconomici, in cui il gigante cinese si cerca di isolarlo, come meglio illustrerò in un mio prossimo libro. Infatti il settore dovrà affrontare delle sfide se non verranno adottate misure più sicure e alla pari fra i paesi produttori. Data la prevista crescita della domanda da parte del settore manifatturiero e l’attuale capacità di estrazione e raffinazione delle terre rare, è certo che si verificherà una carenza di offerta.

Una possibilità è quella di ridurre la dipendenza dalle terre rare. Un esempio è la Toyota Prius. Un tempo la Prius utilizzava circa undici chilogrammi di terre rare per auto, ma a causa del conflitto geopolitico tra Giappone e Cina e dell’impatto negativo dell’attività mineraria sull’ambiente, l’azienda sta ora passando allo sviluppo di motori per veicoli ibridi che dipendono meno dalle terre rare.

Un’altra opzione è quella di sfruttare al massimo le terre rare già estratte e raffinate. Si stanno sviluppando con successo metodi per estrarre elementi delle terre rare dai rifiuti elettronici, dalle ceneri di carbone e dai residui di bauxite senza comprometterne le importanti proprietà elettroniche e magnetiche. È un metodo molto semplice: basta bloccare il materiale di scarto tra due elettrodi e far passare un voltaggio e una corrente elevati per poco meno di un secondo. Non richiede solventi o acqua e può essere fatto su larga scala. Si sta anche cercando di limitare la produzione di rifiuti secondari altamente tossici, lavando continuamente l’area con una soluzione acida molto diluita.

Estrarre terre rare dai rifiuti è un modo per aggiungere valore e riutilizzare le parti utili dei rifiuti, anziché riciclarle. Economicamente, è molto più vantaggioso dell’attività mineraria. Non si scavano grandi buche nel terreno, non si trasportano per lunghe distanze e non si producono rifiuti secondari altamente tossici. L’attività mineraria è costosa e produce molte emissioni di gas serra, ma questo metodo evita tali problemi.

Anche le verdure più comuni, come le patate, possono essere utili. Un team di ricerca dell’Idaho National Laboratory negli Stati Uniti d’America ha sviluppato un metodo innovativo per utilizzare i batteri per recuperare elementi di terre rare da apparecchiature industriali e ad alta tecnologia. Il team ha utilizzato una tecnica chiamata bioleaching, che utilizza microrganismi per trasformare gli elementi. Dando ai batteri l’acqua usata per lavare le patate, hanno prodotto un acido specifico e sono stati in grado di usare le proprietà di quell’acido per rimuovere gli elementi delle terre rare dal materiale circostante. L’utilizzo delle acque reflue delle patate ha ridotto i costi di estrazione del 17% rispetto all’utilizzo del glucosio.

Nel frattempo, i ricercatori stanno valutando se sia possibile utilizzare nuove tecnologie per risolvere le sfide legate alla produzione di terre rare. Ad esempio, Ucore ha sviluppato un metodo proprietario per separare gli elementi delle terre rare che è almeno tre volte più efficiente rispetto ai metodi convenzionali, riducendo così di due terzi l’impatto ambientale degli impianti di produzione. Inoltre, Eit RawMaterials, un progetto finanziato dall’Unione Europea, sta sviluppando il Circular System for Assessing Rare Earth Sustainability (Csyares), che mira a utilizzare la blockchain per tracciare l’intero ciclo di vita delle terre rare utilizzate nei veicoli elettrici, per garantire che non causino inquinamento nocivo. La tecnologia blockchain è un meccanismo di database avanzato che permette la condivisione trasparente di informazioni all’interno di una rete specifica. Un database blockchain archivia i dati in blocchi collegati tra loro in una catena. I dati sono cronologicamente coerenti perché non è possibile eliminare o modificare la catena senza il consenso della rete.

Oltre a Csyares, un progetto congiunto tra l’Ames Laboratory dell’Università dell’Iowa e la Texas A&M University sta utilizzando l’Intelligenza Artificiale e l’apprendimento automatico per scoprire e prevedere le proprietà dei composti delle terre rare con un’efficienza e un’accuratezza che vanno oltre ciò che gli esseri umani possono ottenere da soli.

Anche i governi di tutto il mondo stanno lavorando per rafforzare la produzione nazionale e le catene di approvvigionamento. Sin dal 2018, la Casa Bianca ha firmato accordi con Australia e Canada per garantire la fornitura di terre rare. Il governo degli Stati Uniti d’America ha inoltre annunciato vari programmi di finanziamento, tra cui una sovvenzione di 35 milioni di dollari alla Mp Materials di Mountain Pass, in California, per separare e raffinare le terre rare pesanti nell’ambito di uno sforzo volto a creare una filiera di fornitura completamente nazionale per i magneti permanenti. Nel frattempo, un’iniziativa separata guidata dal Dipartimento dell’Energia ha finanziato 140 milioni di dollari per un progetto volto a recuperare terre rare dalle ceneri di carbone e da altri rifiuti presenti nelle vicinanze delle miniere, riducendo così la necessità di nuove attività estrattive.

Il governo australiano investe in aziende nazionali che cercano di integrarsi nelle catene relative del Paese ed ester. Lynas Rare Earths ha ottenuto una sovvenzione di 14,8 milioni di dollari australiani già nel 2021 per coprire metà dei costi di costruzione di un nuovo impianto di raffinazione delle terre rare nell’Australia Occidentale. Il governo ha inoltre istituito una nuova agenzia governativa, il Critical Minerals Office, per supportare l’industria nazionale e ha annunciato una serie di misure di sostegno nel bilancio, tra cui una sovvenzione di accelerazione di 200 milioni di dollari per i minerali critici e 50 milioni di dollari in fondi di sostegno alla ricerca e allo sviluppo.

In Canada, il governo della provincia del Québec ha stanziato 90 milioni di dollari canadesi per un programma di “nuova economia” legato ai minerali critici e strategici. Nel frattempo, la Commissione europea ha pubblicato le previsioni sulle future risorse minerarie critiche per incoraggiare gli Stati membri ad adottare misure proattive per assicurarsi i minerali necessari allo sviluppo delle industrie del XXI secolo, come quelle delle energie rinnovabili e della robotica. Attualmente sono in corso vari progetti in altri Paesi oltre alla Repubblica Popolare della Cina: circa venti progetti sono in corso in Australia, Canada e Stati Uniti d’America.

Ucore Rare Metals Inc. afferma che queste iniziative governative hanno svolto il ruolo di catalizzatore per le aziende private e le istituzioni accademiche, spingendole a trovare nuovi modi per raggiungere questo obiettivo, che siano allo stesso tempo convenienti e rispettosi dell’ambiente. Ciò è fondamentale per garantire una risorsa sicura e sostenibile per l’innovazione tecnologica attuale e futura.