Las tierras raras. ¿Por qué todo el mundo las ansía?
Serie: Cómo la Química transforma el mundo
Juan José Borrás Almenar – Universitat de València
El pasado año, el Parlamento Europeo aprobó la denominada Ley Europea de Materias Primas Fundamentales [enlace1], cuyo objetivo primordial es “garantizar un suministro seguro y sostenible de materias primas fundamentales para la industria europea y reducir significativamente la dependencia de la UE con respecto a las importaciones suministradas por un solo país”. En dicha ley se detallan hasta 34 materias primas críticas. Entre ellas aparecen los nombres de elementos químicos relativamente conocidos como son el wolframio, el níquel o el fósforo, otros menos como el escandio, el galio o el boro. Pero también aparecen los términos tierras raras pesadas y tierras raras ligeras. El 25 de marzo de 2025 conocimos que nuestro país recibirá financiación para 7 de los 47 proyectos (un 15 %) definidos por la UE como estratégicos para garantizar ese acceso a materias primas por parte de los países miembros de la UE. Estos proyectos están vinculados con la minería de metales como el wolframio, el níquel, el cobre y los denominados metales del grupo del platino (rutenio, rodio, paladio, osmio, iridio y platino). De momento no aparece ningún proyecto vinculado directamente con las tierras raras, pero es muy posible que llegue en un futuro, puesto que hay zonas ricas en algunos de estos elementos, por ejemplo en la zona de Campo de Montiel (Ciudad Real). Como vemos, la UE también se mueve en la dirección de intentar asegurarse el suministro de determinadas materias primas críticas. Ciertamente de una manera más civilizada que EE.UU., pero con idénticos objetivos finales.
¿Qué son las tierras raras?
Con esta denominación nos referimos a un grupo de elementos químicos muy concreto. No es habitual que en los medios de comunicación aparezcan sus nombres, de modo que permítanme que, por una vez, los enumere todos: lantano, cerio, praseodimio, neodimio, prometio, samario, europio, gadolinio, terbio, disprosio, holmio, erbio, tulio e iterbio. Algunos de estos nombres están vinculados directamente con la ciudad de Ytterby (Suecia). Para los muy cafeteros, los símbolos químicos de estos elementos se pueden consultar en la figura 1.
Los químicos solemos afirmar que estas dos palabras, tierras raras, entrañan dos errores. No se trata de tierras, sino de elementos químicos, tampoco son raras en el sentido de poco abundantes. ¿De dónde viene pues esta tan poco afortunada afirmación? En el periodo en el que estos elementos fueron descubiertos (la mayoría lo fueron a lo largo del siglo XIX), se utilizaba al término “tierras” para definir genéricamente a los óxidos. En esa época, era extraordinariamente difícil poder separar el metal del oxígeno y por eso, el término perduró. Y es cierto que, durante muchos años, el acceso a estos elementos era complejo puesto que apenas se conocían unas pocas zonas en Escandinavia donde se encontraban minerales que los contenían. Por eso se pensaba, erróneamente, que eran elementos químicos poco abundantes. La ciencia descubrió la manera de poder extraer los metales de los óxidos y también de demostrar que son relativamente abundantes en la corteza de nuestro planeta. Por ejemplo, elementos como el cerio, neodimio o lantano son más abundantes que el cobalto, el plomo o el estaño. Realmente solo hay uno de estos elementos que es poco abundante. Se trata del prometio, elemento con todos sus isótopos radioactivos. El prometio solo se puede obtener en algunas centrales nucleares como consecuencia del proceso de desintegración radiactiva del uranio y el torio.
¿Cuál es la denominación que utilizamos los químicos? Pues un nombre mucho menos glamuroso que el de tierras raras: lantanoides o simplemente lantánidos (en referencia al primer elemento de esta serie). De todos modos, en lo que sigue, seguiremos utilizando este término de tierras raras.
China domina el mercado
Hasta 1985, EE.UU. era el mayor productor mundial de óxidos de tierras raras, gracias a la explotación de la mina de Mountain Pass (California). Ese año fue desbancado de esa posición de dominio, debido a que China había descubierto la mayor reserva de tierras raras del planeta: la mina de Bayan Obo, ubicada en Mongolia Interior. Actualmente, China extrae aproximadamente el 60 % de todas las tierras raras minadas en el mundo.
En los años 90, China se dio cuenta de la relevancia estratégica de estos elementos químicos, puesto que eran clave para fabricar muchos productos de alta tecnología. En palabras de Deng Xiaoping (Líder Supremo de China desde 1978 hasta 1989): “Medio Oriente tiene petróleo, pero China tiene tierras raras”. China se marcó el objetico de controlar toda la cadena de suministro de tierras raras: la extracción, el procesado y el refino para obtener el producto final. Y efectivamente lo ha conseguido. Actualmente China controla el 90 % del procesado y refino de estos metales. China es el principal proveedor de tierras raras del mundo y de facto ostenta el monopolio de su comercio. Europa y EE.UU. intentan responder a esta situación.
¿Por qué las tierras raras son tan preciadas?
Estos elementos que he mencionado anteriormente tienen unas propiedades que los hace insustituibles en muchos productos de alta tecnología. Básicamente son sus propiedades magnéticas y sus propiedades ópticas. Sin entrar en detalles técnicos que justifiquen estas propiedades, lo importante es que muchas tecnologías clave para la transición energética, en la que muchos países estamos empeñados, se basan en la disponibilidad de estos elementos.
La fabricación de automóviles es una las industrias más dependientes de su suministro. Un coche eléctrico moderno puede contener unos 10 kg de estas tierras raras. En el catalizador de un automóvil diésel encontramos cerio y lantano; su misión consiste en disminuir drásticamente las partículas emitidas por estos motores. En los motores eléctricos, desde los que mueven al coche a los que elevan las ventanillas o desplazan el limpiaparabrisas, encontramos imanes de neodimio, praseodimio, disprosio o terbio. Los vidrios de las ventanillas están dopados con cerio para ayudar a que sean menos transparentes a la radiación UV. En las omnipresentes pantallas del automóvil, encontramos también cantidades relevantes de europio, terbio y cerio.
Otro ejemplo de producto tecnológico estrella del siglo XXI son los teléfonos inteligentes. Los micrófonos y altavoces contienen pequeños imanes con disprosio, neodimio o praseodimio. Los circuitos integrados, aparte de metales como oro y plata, también contienen itrio, gadolino o lantano. Para pulir el vidrio de la pantalla, se utiliza oxido de cerio (CeO2).
Los aerogeneradores, elemento clave en la producción de energía verde, generan electricidad gracias a un fenómeno descubierto por Michael Faraday (1791-1867). La ley de inducción nos dice que un imán que se mueva en el entorno de una bobina eléctrica induce una corriente eléctrica. Los aerogeneradores utilizan unas turbinas altamente sofisticadas para producir esta corriente eléctrica. Por término medio son necesarios la friolera de unos 600 kg de tierras raras por cada kW·h generado por el molino de viento. Los imanes de neodimio fueron desarrollados en 1982 por General Motors (en EE.UU.) y Sumitomo Special Metals (Japón) como sustitutos de los de Sm-Co (muy caros por la escasez de cobalto). Actualmente son estos imanes de neodimio los más habituales en los motores de inducción magnética debido, entre otras razones, a que el neodimio es el elemento de la serie más abundante, y uno de los más baratos en cuanto a coste por kg. Cualquier lector puede conseguir fácilmente imanes de Nd sin más que desmontar un disco duro estropeado. Forman parte del diseño de las cabezas lectoras de estos dispositivos.
En cualquiera de las pantallas digitales de las que estamos rodeados y que forman parte de los relojes inteligentes, de los teléfonos móviles, tabletas, o las televisiones digitales, sólo por citar algunas, son críticos dos elementos de esta serie: europio y terbio. Las singulares propiedades ópticas de estos elementos permiten producir fenómenos de luminiscencia en longitudes de onda correspondientes al rojo y al verde, respectivamente. Con ello se consiguen unos colores muy nítidos en estas pantallas. Los billetes de curso legal en muchos países utilizan tintas fluorescentes como una de las estrategias más eficaces para luchar contra su falsificación. En Europa, los billetes de euro utilizan estas tintas que contienen europio y terbio.
Por razones obvias, la información específica sobre el porcentaje exacto de tierras raras destinadas exclusivamente a la industria militar no es de dominio público debido a la naturaleza sensible de estos datos. Pero son utilizados masivamente en la fabricación de visores y protecciones personales, los sistemas tanto de guiado como de detección de misiles, en comunicaciones, en los motores y fuselaje de los cazas, y un largo etcétera. Para dar una idea de la relevancia pondremos tres ejemplos. El caza más moderno del mundo, el F-35 fabricado por Lockheed Martin, necesita 417 kg de tierras raras. El destructor USS Arleig Burke, necesitó de 2500 kg para su puesta en marcha operativa y un submarino de la clase Virginia (SSN-774) necesita alrededor de 5000 kg. Estos datos hacen evidente que las tierras raras son esenciales en la fabricación de diversos sistemas de defensa avanzados.
Imagen médica
Actualmente, las imágenes basadas en la resonancia magnética nuclear son casi una rutina para realizar determinados diagnósticos médicos. Se trata de una técnica de imagen que utiliza, a diferencia de los Rayos X, radiación no ionizante que combina ondas de radio y campos magnéticos muy potentes. Gracias a su gran poder de penetración se consiguen elevadas resoluciones. Los campos magnéticos de alta intensidad que se utilizan se generan gracias a unas grandes bobinas enfriadas con helio líquido. Y para reforzar estos campos magnéticos se utilizan unas grandes polos magnéticos hechos de holmio, el metal más magnético conocido. Cuando la resonancia se realiza con un agente de contraste, lo que normalmente ingerimos es un compuesto químico con otra tierra rara: gadolinio. El Ga(III) es bastante tóxico y por eso se ha de “envolver” en lo que los químicos llamamos ligandos quelantes que, de alguna manera, evitan que este catión interfiera en los procesos metabólicos, origen de su toxicidad. El gadoterato de meglumina (nombre extraño donde los haya…) es uno de estos complejos utilizados. En el mundo se utilizan actualmente un promedio de casi 40 toneladas de gadolinio sólo con este fin.
Conclusión
Después de haber presentado, amable lector, solo algunas de la infinidad de aplicaciones de estos elementos químicos, creo que podré convencerte de dos cosas. La primera es que no es descabellado decir que estamos en la era de las tierras raras. Son estos elementos químicos, junto con otros que no hemos mencionado como el litio, el cobre o el galio, de los que dependen muchos aspectos vitales que están en la base de nuestra economía. Y la segunda que hace bien la Unión Europea en tratar de poner en marcha una cadena de suministro que permita escapar de la dependencia de China. Se trata de no volver cometer los mismos errores que se cometieron al apostar el suministro energético de petróleo y gas de la Rusia de Vladimir Putin. Si China decidiera que las tierras raras que produce tuvieran como destino exclusivamente su industria tecnológica, las economías del resto del mundo nos pondríamos a temblar. Pero además China tiene la posibilidad de utilizar estos metales como arma estratégica para conseguir sus objetivos políticos o militares. En 2010, el Gobierno de Pekín prohibió la exportación de minerales de tierras raras a Japón después de que Tokio detuviese a un capitán de un pesquero chino que había chocado con dos embarcaciones japonesas de la guardia costera cerca de las islas Diaoyu, pero en unas aguas que ambos países reclamaban como suyas. Este embargo comercial desató un caos inicial en la industria nipona, que utilizaba estos materiales para los motores de los coches híbridos -sobre todo para el Prius de Toyota- o el vidrio de los paneles solares. Aprendamos del pasado.
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