La scoperta delle terre rare e il loro significato nella chimica moderna
Nel 1787, il tenente svedese Carl Axel Arrhenius scoprì una misteriosa pietra nera nei pressi del villaggio di Ytterby. Questo ritrovamento segnò l’inizio di una nuova era per la chimica, poiché il minerale venne etichettato come terre rare. Il termine “rare” non indicava la scarsità, ma piuttosto il fatto che nessuno lo avesse mai osservato prima. Oggi, questa denominazione si riferisce a un gruppo di 17 elementi metallici, tra cui 15 lanthanidi, oltre a scandio e ittrio. Contrariamente a quanto suggerisce il nome, questi elementi non sono affatto rari. Secondo il US Geological Survey, alcuni di essi sono presenti nella crosta terrestre in quantità paragonabili a quelle di nichel, rame o zinco. Anche i più rari, come il tulio e il lutetio, superano l’oro di circa 200 volte. La vera rarità risiede nella difficoltà di trovare giacimenti in cui questi elementi siano concentrati in modo sufficiente da poter essere estratti economicamente, senza causare danni ambientali irreparabili.
Il valore geopolitico delle terre rare nell’era moderna
Negli ultimi anni, la transizione verso fonti di energia più sostenibili e l’innovazione tecnologica hanno elevato il valore delle terre rare, trasformandole in un’importante questione geopolitica. Elementi come il neodimio-ferro-boro sono fondamentali per il funzionamento delle turbine eoliche e dei motori dei veicoli elettrici. Altri elementi, come europio e terbio, sono essenziali per l’illuminazione degli schermi degli smartphone, mentre ittrio e gadolinio trovano applicazione negli scanner medici. Disprosio e samario, infine, sono utilizzati per rinforzare le leghe nei motori a reazione. Con l’accelerazione della transizione energetica, la domanda di terre rare è in costante aumento, proprio mentre le relazioni tra Pechino e Washington si deteriorano. Quando l’ex presidente statunitense Donald Trump ha imposto dazi sui beni cinesi, Pechino ha risposto bloccando le esportazioni di terre rare strategiche, tra cui samario, gadolinio, terbio, disprosio, scandio, ittrio e lutetio. Dato che la Cina produce circa il 60% delle terre rare estratte a livello globale, questa sospensione ha avuto il potenziale di paralizzare settori cruciali, dai caccia F-35 ai parchi eolici della General Electric.
Il predominio cinese nel mercato delle terre rare
Il predominio della Cina nel mercato delle terre rare non è frutto del caso. Negli anni ’90, il governo cinese ha investito ingenti sussidi nelle miniere a cielo aperto della Mongolia Interna, creando una rete di raffinerie in grado di gestire il complesso processo chimico necessario per estrarre singoli elementi da un mix di atomi simili. I leader cinesi hanno compreso l’importanza strategica di questi elementi per le tecnologie emergenti e per lo sviluppo nazionale. Deng Xiaoping, un influente politico cinese, ha affermato nel 1992: “Il Medio Oriente ha il petrolio; la Cina ha le terre rare”. Ogni anno, il Consiglio di Stato cinese stabilisce quote di produzione e licenze di fusione, monitorando questi dati con la stessa attenzione riservata ai mercati finanziari. Tuttavia, anche la Cina riconosce il costo ambientale di queste attività: un documento governativo del 2010 ha attribuito all’estrazione delle terre rare la responsabilità di colline spoglie e fiumi inquinati, evidenziando il “danno intenso all’ambiente ecologico”.
Le applicazioni delle terre rare nell’industria moderna
Le terre rare sono state descritte dall’accademico A.E. Fersman come “le vitamine dell’industria”, una metafora che rimane attuale. Questi elementi, sebbene aggiunti in piccole quantità, potenziano notevolmente le proprietà di altri materiali. Ad esempio, i magneti a base di neodimio e disprosio possono essere fino a quindici volte più potenti rispetto ai tradizionali magneti in ferro. L’europio è responsabile della luminosità rossa dei fosfori, mentre il cerio è utilizzato nei catalizzatori per purificare i gas di scarico delle automobili. I magneti in samario-cobalto, infine, mantengono le loro proprietà magnetiche anche a temperature elevate. È per questo che dispositivi come gli Apple AirPods, le batterie delle auto Tesla e gli scanner medici Philips dipendono tutti da questi elementi, che provengono da un angolo remoto della tavola periodica.
Le sfide ambientali legate all’estrazione delle terre rare
Tuttavia, ogni grammo di terre rare comporta un costo ambientale significativo. La maggior parte dei minerali di terre rare si presenta come un complesso geochimico, il che significa che i produttori devono macinare, estrarre con acidi e lavare enormi volumi di roccia per ottenere un chilogrammo di ossido. I solventi utilizzati nel processo sono tossici, e le vasche di scarto possono rilasciare metalli pesanti, mentre la presenza di torio o uranio “passeggero” solleva preoccupazioni legate alla radioattività. Le miniere a cielo aperto, inoltre, devastano i paesaggi e disturbano le falde acquifere locali. In sintesi, sebbene gli elementi non siano geologicamente rari, i siti di produzione che rispettano l’ambiente e sono socialmente accettabili sono estremamente scarsi. Questa scarsità, piuttosto che l’abbondanza nella crosta terrestre, è ciò che mantiene l’offerta limitata e i prezzi instabili.
Strategie per ridurre la dipendenza dalle terre rare
Gli ingegneri stanno esplorando diverse strategie per ridurre la dipendenza da queste risorse. Nel 2010, la Cina ha temporaneamente sospeso le esportazioni di terre rare verso il Giappone a causa di una disputa diplomatica. Questo blocco ha generato panico tra le industrie giapponesi, in particolare nel settore automobilistico, che dipendeva fortemente dalle importazioni cinesi. In risposta, il Giappone ha avviato un piano completo per diminuire la propria dipendenza dalle fonti cinesi, investendo in catene di approvvigionamento alternative e sviluppando nuove tecnologie per ridurre l’uso di terre rare.
Il futuro delle terre rare e il riciclo
Governanti da Canberra a Bruxelles stanno finanziando nuove miniere per ridurre la quota di mercato della Cina, mentre gli Stati Uniti cercano partner in Australia e Canada per co-finanziare raffinerie. Come ha sottolineato il geologo dell’Università del Nevada Simon Jowitt, “non ha senso avere una miniera se non si possiede l’intera catena di approvvigionamento”. L’estrazione della roccia è solo il primo passo; senza impianti di separazione chimica, produttori di metalli e fabbriche di magneti nelle vicinanze, il minerale deve essere spedito in Cina per la lavorazione. Il riciclo rappresenta un’opportunità per colmare un gap significativo. I vecchi hard disk dei laptop contengono magneti in neodimio, mentre le batterie delle auto ibride contengono lanthanio. Tuttavia, il problema principale è separare questi materiali da involucri, plastiche e altri metalli.
Conclusioni sulla rarità delle terre rare
Eliminando l’errata percezione di rarità, emerge un quadro più chiaro. Le terre rare sono geologicamente comuni, ma scarse dal punto di vista economico, ambientale e politico. Sono così abbondanti da trovarsi quasi ovunque, ma la loro preziosità può sconvolgere il commercio globale quando una nazione decide di limitare le esportazioni. Questi elementi sono fondamentali per un futuro a basse emissioni di carbonio, eppure il loro attuale processo di estrazione può compromettere il pianeta che ci sforziamo di proteggere. Questa contraddizione non è destinata a scomparire nel breve termine. Le misure temporanee, come la riduzione dei dazi o le modifiche alle quote di esportazione, possono calmare i mercati, ma la sicurezza a lungo termine richiederà la costruzione di miniere, raffinerie e impianti di produzione di magneti in sinergia, l’ottimizzazione dei cicli di riciclo e l’investimento in materiali alternativi ovunque sia possibile. Fino a quando non si svilupperà un ecosistema più sostenibile, la domanda “Le terre rare sono davvero rare?” avrà una risposta paradossale: no, sono ovunque, eppure, per il momento, dobbiamo trattarle come se lo fossero.
