¿Qué son las tierras raras y cuáles son los usos de los metales que hay en ellas?

El tajo de Berkeley produjo cobre durante casi 30 años. Pero hoy, esta mina abandonada en Montana (EE. UU.) se ha convertido en un lago tóxico. Contiene más de 190.000 millones de litros de agua altamente ácida y contaminada, producto del drenaje de la mina desde que dejó de funcionar en 1982. Sin embargo, lo que hasta hace nada era un grave problema ambiental de difícil solución, ahora parece que se ha transformado en una oportunidad comercial. Porque el tajo de Berkeley es, también, un cóctel de minerales valiosos que, entre otras cosas, podría llegar a producir 50 toneladas de tierras raras al año.

Nadie habría vuelto a mirar con interés a esta mina a cielo abierto olvidada si no fuese, precisamente, por esas tierras raras. En los últimos años, este grupo de elementos químicos poco conocidos (pero muy utilizados a nivel industrial) parece estar en boca de todos, desempeñando papeles protagonistas en todo tipo de contextos, desde conflictos internacionales hasta grandes decisiones geopolíticas. Pero, ¿qué son exactamente las tierras raras?

Las tierras raras no son ni tierras ni raras

Las tierras raras son un grupo de 17 elementos químicos metálicos. Están la serie completa de los llamados lantánidos (lantano, cerio, praseodimio, neodimio, prometio, samario, europio, gadolinio, terbio, disprosio, holmio, erbio, tulio, iterbio y lutecio), junto al escandio y el itrio. Aunque se conocen desde hace tiempo, durante décadas no fueron de gran importancia. Sin embargo, en los últimos 60 años se han vuelto cada vez más relevantes, ya que son indispensables para muchos componentes presentes en todo tipo de tecnologías (desde nuestros móviles hasta los aerogeneradores). De hecho, desde 2011 forman parte de la lista de materias primas críticas de la Comisión Europea.

Sin embargo, diga lo que diga su nombre, las tierras raras no son tierras. En el siglo XVIII y XIX, la existencia de muchos elementos químicos (como estos 17) solo se conocía a través de sus óxidos, también llamados tierras. Y desde entonces ya no pudieron librarse de la etiqueta. Pero es que las tierras raras tampoco son raras, al menos, con el significado de algo poco común. En realidad, son relativamente abundantes en la corteza terrestre.

“El origen del término raras procede de las enormes dificultades que encontraron históricamente los químicos para aislar estos elementos. Las limitaciones técnicas de la época, junto al desarrollo incipiente de la química como disciplina científica, hicieron que el aislamiento de estos elementos constituyese un desafío científico de primera magnitud. Esa dificultad, junto con las sospechas iniciales de su escasa abundancia, llevaron a los químicos a bautizar este conjunto de elementos como tierras raras”, explica Adrián Bogeat, profesor de Química Inorgánica de la Universidad de Salamanca.

17 metales estratégicos para la sostenibilidad

“Las tierras raras son sumamente interesantes desde un punto de vista tanto industrial como tecnológico, debido a que reúnen un conjunto de propiedades excepcionales que derivan de la configuración de sus electrones”, añade el experto. Estas propiedades químicas, magnéticas y ópticas las han convertido en materiales esenciales para multitud de aplicaciones: están presentes en nuestras luces y en nuestras pantallas, en los aparatos de aire acondicionado, en las baterías y en pequeños imanes que se usan en todo tipo de tecnologías, incluidas las que nos permiten generar las energías renovables.

Son un recurso estratégico que, además, no está muy bien repartido en la corteza terrestre. Según los datos del Servicio Geológico de Estados Unidos, de los más de 90 millones de toneladas de tierras raras que se estima que contienen las reservas del mundo, cerca de la mitad están en China, 21 millones están en Brasil, 7 millones están en la India, 6 en Australia y 4 en Rusia. Los niveles de producción difieren bastante entre países, ya que China controla la mayor parte del mercado (cerca del 90 %), seguida de lejos por EE. UU. En los últimos años, además, China ha empezado a limitar sus exportaciones, por lo que cada vez más países están buscando alternativas para acceder a estos metales estratégicos.

“Una de las soluciones para paliar esta dependencia pasa por la búsqueda y explotación de nuevos yacimientos, pero es un proceso lento, ya que pueden transcurrir hasta 30 años desde que se encuentra un yacimiento viable económicamente hasta que se inicia la explotación”, señala Bogeat. “Hoy en día, creo que la solución más efectiva y medioambientalmente sostenible pasa por aumentar el reciclaje de las tierras raras, en el marco de lo que suele denominarse minería urbana. Las tasas actuales de reciclado de estas materias primas no superan el 1 % del total”.

Los usos de las tierras raras

Las tierras raras (tanto individualmente como de forma combinada) tienen aplicaciones en multitud de industrias y un papel muy relevante en la transición energética, la eficiencia en el consumo y la electrificación de las industrias y el transporte. Aunque se empleen en pequeñas cantidades, estos son algunos de sus usos más destacados:

• Aerogeneradores. Las turbinas eólicas contienen imanes de neodimio-hierro-boro, formados entre otros elementos por tierras raras como el neodimio, el praseodimio y el disprosio. Estos imanes tienen propiedades magnéticas superiores, por lo que los aerogeneradores son mucho más eficientes a la hora de producir energía.

• Paneles fotovoltaicos. Aunque no son esenciales, varias tierras raras permiten mejorar la eficiencia del silicio en las células fotovoltaicas (que convierten la luz solar en electricidad). Esto permite, por ejemplo, hacer paneles solares más finos y flexibles.

• Vehículos eléctricos. Los motores de los vehículos eléctricos también utilizan imanes basados en neodimio, más compactos y ligeros. Se les suele añadir también disprosio para mejorar su estabilidad térmica.

• Baterías. Las tierras se utilizan en todo tipo de baterías, desde las de nuestros dispositivos móviles hasta las que forman parte de los grandes sistemas de almacenamiento energético. Entre otras cosas, el lantano, el cerio y el praseodimio suelen usarse como estabilizante de los cátodos de las baterías.

• Iluminación eficiente. Las tierras raras también tienen un papel importante en algunas tecnologías de iluminación de bajo consumo, como los diodos emisores de luz (LED, por sus siglas en inglés) y las lámparas fluorescentes compactas (LFC). Elementos como el itrio, el europio y el terbio se usan para crear la luz blanca.

• Convertidores catalíticos. El cerio es esencial para esta tecnología que permite reducir las emisiones en el refinado de combustibles fósiles y en los motores de combustión, así como producir combustibles limpios de forma más eficiente.

“Además de todo lo relacionado con la inaplazable transición energética, las tierras raras están presentes en la mayoría de dispositivos electrónicos y tecnologías que empleamos a diario, como los ‘smartphones’ o los ordenadores portátiles”, añade el especialista de la Universidad de Salamanca. “Y hay muchas más aplicaciones: los imanes permanentes de alta intensidad, las antiguas piedras de mechero, los agentes de contraste en imagen por resonancia magnética y los sistemas antifalsificación de los billetes de euro, por nombrar algunas”.