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 Eropea, 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 aò 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.
Giancarlo Elia Valori
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