Acabamos de descubrir un método para crear imanes de alta resistencia que reduce la dependencia a las tierras raras

Desde la Universidad de Cambridge, este 25 de octubre, un equipo de científicos en colaboración con colegas de la Academia de Ciencias de Austria, descubrieron un novedoso método para crear imanes de alta resistencia en un laboratorio. Se trata de un reemplazo potencial que permite prescindir de la utilización de elementos de tierras raras para fabricar estos imanes. Para ello, proponen el empleo de la tetrataenita, que se define como un “imán cósmico” que tarda millones de años en desarrollarse naturalmente en los meteoritos.

Si bien, los elementos de tierras raras no son tan extraños como pueden parecer, el 81% de estos proceden de China. Por lo tanto, el país asiático posee casi todo el monopolio de la producción mundial de estos imanes de alto rendimiento usados en vehículos eléctricos y turbinas eólicas. Como consecuencia, los resultados de la presente investigación proponen descartar la dependencia con China y aparte, muestran un enfoque más sostenible que minimiza la contaminación ambiental.

Descubrimos nuevo método para crear imanes sin utilizar tierras raras

Las tierras raras no son precisamente “tierras”, estas se definen como un grupo de elementos químicos que han adquirido un alto valor en el mercado mundial, en vista de que se utilizan para fabricar productos tecnológicos y armamento. Sin embargo, la extracción de tierras raras en su etapa de explotación produce altos niveles de contaminación ambiental, debido al desecho de materiales radiactivos producidos del subsuelo. Además, pueden generar la intoxicación de plantas, animales, aguas y hasta seres humanos.

En efecto, un grupo de investigadores de la Universidad de Cambridge con otros colegas de Austria, analizaron y hallaron un nuevo método para reemplazar potencialmente la técnica que se emplea para fabricar imanes de alto rendimiento, con el que proponen dejar de utilizar elementos de tierras raras. Los resultados fueron publicados este 25 de octubre, en la revista Advanced Science.

Rare earths are vital for the transition to #NetZero but they are almost all sourced from China.

A new way of making the 'cosmic magnet' material found in meteorites could reduce reliance on rare earths – with no space rocks required.@cu_mat https://t.co/rACBQWbv74

— Cambridge University (@Cambridge_Uni) October 25, 2022

Tal y como destacan en el informe, la nueva forma de reemplazar los imanes de alta resistencia consiste en emplear la tetrataenita, una especie de imán cósmico que demora millones de años en desarrollarse de manera natural en los meteoritos. Esta es una aleación de hierro y níquel que cuenta con una estructura atómica ordenada particular y, en consecuencia, se identifica como una de las alternativas más prometedoras.

Si bien, la tetrataenita es una aleación de hierro y níquel, los intentos anteriores de convertirla en una solución para la fabricación de imanes de alta resistencia no han funcionado. No obstante, el estudio encabezado por expertos de la Universidad de Cambridge halló que la adición del fósforo, un elemento muy común, podría simplificar la obtención de la tetrataenita artificialmente a escala, sin requerir ningún tratamiento especializado ni técnicas costosas, para dejar de depender de las tierras raras.

Por medio de experimentos, los científicos encontraron que el fósforo permite que los átomos de hierro y níquel se muevan más rápido, lo cual les ayuda a formar el apilamiento ordinario necesario aceleradamente, sin tener que esperar millones de años para que este proceso se ejecute de forma natural.

Entonces, al mezclar el hierro y el níquel con el fósforo en las cantidades oportunas, obtienen un nuevo material con propiedades magnéticas cercanas a las de los imanes de tierras raras.

A partir de esta fusión, los expertos lograron acelerar la formación de tetrataenita entre 11 y 15 órdenes de magnitud, específicamente. Lo que significa que, se forma en unos pocos segundos en una fundición simple. Dichos hallazgos representan un cambio total en la manera en que se estima y sobrevalora este material.

“Lo que fue tan sorprendente fue que no se necesitó ningún tratamiento especial: simplemente fundimos la aleación, la vertimos en un molde y obtuvimos tetrataenita. No se tiene que hacer algo externo para evitar esperar millones de años a que se forme este elemento de tierras raras”.

Lindsay Greer, profesor del Departamento de Ciencia de Materiales y Metalurgia de Cambridge.

Por ende, aunque la opinión en el campo era que no se podía obtener tetrataenita a menos que se hiciera algo descomunal, lo cierto es que los científicos de Austria y Cambridge lograron desmentir esta teoría.

A diferencia de lo que ocurrió en la década de 1960, cuando unos científicos pudieron formar tetrataenita artificialmente, bombardeando aleaciones de hierro y níquel con neutrones. Aunque esto les ayudo a formar el apilamiento deseado, se precisó como una técnica inadecuada par la producción en masa.

No obstante, la presente investigación cambió el panorama. Las conclusiones de este estudio muestran que es posible la síntesis masiva de tetrataenita con las composiciones de aleación apropiadas, incluso en fundición convencional.

Así, lograron eludir la barrera que obligaba a obtener este elemento a través de un proceso muy lento. Lo cual, también abre una nueva ventana de procesamiento que facilita la fabricación de imanes de alto rendimiento que sean totalmente libres de tierras raras.

“Por ahora, las conclusiones son positivas, pero es necesario realizar más trabajo para determinar si este método es completamente adecuado para crear imanes de alta resistencia a gran escala y trabajar con los principales fabricantes del mercado”.

Yurii Ivanov, autor de la investigación.

Así, el mercado ha encontrado una gran oportunidad para prescindir de su dependencia de China, ya que este es el país que posee la mayor cantidad de elementos de tierras raras y, por lo tanto, lidera la fabricación de imanes de alto rendimiento de alguna forma.

Esto significa que, las compañías que dependen de sus procesos de extracción y sienten preocupación por que el suministro de tierras raras pueda estar en riesgo, a medida que aumentan las tensiones geopolíticas en esta nación.

Ahora, el nuevo método para fabricar imanes de alto rendimiento pretende minimizar dicha dependencia de elementos de tierras raras, lo cual también influiría positivamente en la producción de turbinas eólicas y autos eléctricos.

Por si fuera poco, el estudio muestra un nuevo enfoque para construir una economía sin emisiones de carbono y reducir la contaminación ambiental que supone la extracción de tetrataenita en su estado natural.

Las tierras raras; el monopolio chino que contamina y destruye suelos

A nivel mundial, sólo tres países producen más del 75% del suministro mundial de tierras raras, los cuales son: Australia, China y Condo. Sin embargo, la nación que controla más del 80% de la capacidad de procesamiento de tierras raras globalmente, es China.

Desde hace muchos años, China monopoliza todos los elementos raros que son esenciales para la tecnología, por lo que tiene el control de este sector y muchos expertos señalan que, sabe perfectamente cómo jugar sucio.

A pesar de que estos metales no son extraños y se encuentran en gran parte de la corteza terrestre, China es la que se encarga de su tratamiento y de alguna manera, logro superar la dificultad de encontrar yacimientos con alta concentración y pureza.

“El desarrollo del sector en China se debe a muchos factores, tanto geológicos, de existencia de depósitos, como a su diversidad”.

Jesús Martínez Frías, experto en geología planetaria del Instituto de Geociencias (IGEO).

En 2010, el país asiático impuso unas cuotas exuberantes para la exportación de tierras raras y desde entonces, limitó aún más las toneladas que se podían exportar de dichos elementos. Lo cual, redujo la oferta mundial y generó una gran alza en los precios.

Entonces, como producir tierras raras en la China es “más barato” que en otras partes del mundo, la mayoría de empresas del sector se volvieron dependientes del proceso de extracción que realiza la nación. De lo contrario, la fabricación de baterías de coches híbridos, teléfonos móviles, microchips de ordenadores y más, se vería afectada en todo el mundo.

Como resultado, en la actualidad, China cuenta con un gran monopolio de extracción de tierras raras y se vale de esto para manejar a su gusto a todos los productores que necesitan tales elementos. De allí, el interés de muchos en buscar nuevas alternativas que reduzcan la independencia de esta nación, para poder fabricar imanes de alta resistencia.

“Durante años China hizo un juego muy sutil, que consistió en bajar los precios para forzar el cierre de los yacimientos de la competencia para después poder comprarlos, hacerse con el monopolio y controlar los precios”.

Ricargo Prego, investigador del CSIC.

Sin embargo, esto no es todo, los problemas medioambientales derivados de su extracción también han puesto en la mira al país de Asia. Es por ello que, la extracción de las tierras raras se identifica como el monopolio chino que contamina y destruye suelos, pues el proceso se hace en minas a cielo abierto y para su procesamiento se requieren productos químicos muy agresivos.

Varios países han comenzado a barajar la posibilidad de extraer estos elementos, pero las protestas de las organizaciones defensoras del medio ambiente también lo han impedido.