Las tierras raras suelen estar en boca de todos cuando hablamos de nuevas tecnologías y transición energética, pero su nombre puede llegar a confundir. En nuestro mundo actual, no podríamos vivir sin ellas y conforme sigas leyendo entenderás por qué. ¿Qué son exactamente las tierras raras? ¿Cuáles son sus aplicaciones? A continuación vamos a responder a esas preguntas y ahondar más en las tierras raras más importantes en el mundo actual.
Las tierras raras son un grupo de 17 elementos químicos que aglutina 15 elementos del grupo de los lantánidos, más el escandio y el itrio. Pese a lo que pueda parecer por su nombre, no son tierras.
Ordenadas por su número atómico (entre paréntesis el símbolo químico), las tierras raras son: escandio (Sc), itrio (Y), lantano (La), cerio (Ce), praseodimio (Pr), prometio (Pm), samario (Sm), europio (Eu), gadolinio (Gd), terbio (Tb), disprosio (Dy), holmio (Ho), erbio (Er), tulio (Tm), iterbio (Yb) y lutecio (Lu).
Estos elementos son conocidos por sus propiedades magnéticas, ópticas, luminiscentes y electroquímicas, que los hacen indispensables para una amplia gama de aplicaciones tecnológicas modernas. Son esenciales para dispositivos electrónicos de consumo, motores eléctricos, baterías, instrumentos ópticos, instrumentos médicos, catalizadores, radares, láseres y en la industria aeronáutica en los motores de avión, entre otras aplicaciones.
A pesar de su nombre, son relativamente abundantes en la corteza terrestre. Se calcula que hay el triple de tierras raras que cobre y el doble que zinc. Sin embargo, es difícil encontrarlas de forma pura y su extracción y procesamiento son costosos por lo complicado de separarlas de los minerales que las contienen. Además, hay que tener en cuenta su dispersión geográfica: sólo unos pocos países cuentan con yacimientos importantes. China controla alrededor del 90% de la producción de tierras raras a nivel mundial.
Aunque las primeras tierras raras se descubrieron a finales del siglo XVIII, no fue hasta las décadas de 1950 y 1960 cuando comenzaron a utilizarse en mayor medida, primero en la industria militar y después en la electrónica de consumo. El verdadero boom de las tierras raras llegó ya en el siglo XXI, debido a su importancia en productos de alta tecnología y electrónica de consumo.
No todas las tierras tienen los mismos usos, ni en términos cualitativos ni cuantitativos. Entre las más utilizadas, podemos destacar el neodimio, el praseodimio, el lantano, el terbio y el disprosio. A continuación vamos a profundizar con más detalle en cada una de ellas.
El neodimio es seguramente la tierra rara más importante para los vehículos eléctricos e híbridos debido a su aplicación en la fabricación de imanes permanentes de altas prestaciones. Los imanes de los motores eléctricos síncronos de excitación permanente se fabrican con neodimio (además de hierro y boro) debido a su gran potencia magnética y su alta resistencia a la desmagnetización.
El neodimio ofrece una de las más altas densidades de energía de todos los materiales magnéticos, lo que permite diseñar motores con más potencia y par, más pequeños y más eficientes. Esto último es fundamental para estirar la autonomía de los vehículos. Solo para los motores eléctricos de tracción, las estimaciones sugieren que la demanda en 2040 será veinte veces superior a la que hubo en 2018.
El neodimio también se emplea en turbinas eólicas, donde su alta eficiencia mejora la producción de energía. Al fin y al cabo, el generador que convierte la energía mecánica del viento en energía eléctrica no deja de ser un motor eléctrico de grandes dimensiones.
Los imanes de neodimio son fundamentales también en discos duros, teléfonos móviles y altavoces y auriculares, proporcionando un mayor rendimiento en un tamaño compacto.
El terbio también es muy importante en el sector del automóvil. Se utiliza para mejorar la resistencia térmica de los imanes permanentes presentes en motores eléctricos, así como en generadores. Para mejorar la resistencia de los motores a las altas temperaturas, se utiliza una aleación de neodimio, terbio y disprosio.
También se utiliza en sensores y actuadores para sistemas de control en vehículos eléctricos, mejorando la eficiencia y el rendimiento de los mismos, y para pantallas de dispositivos electrónicos. Las aplicaciones del terbio no acaban ahí, pues tiene importantes usos y aplicaciones en otros sectores como la defensa y la industria naval, por ejemplo para sistemas de sonar.
El lantano se utiliza en campos tan diversos como la medicina, la metalurgia o la óptica (para lentes de cámaras y telescopios). En la industria del automóvil, el lantano es un componente esencial en las baterías de níquel-hidruro metálico (NiMh), utilizadas en coches híbridos, además de dispositivos electrónicos portátiles y herramientas eléctricas. El electrodo negativo (cátodo) en las baterías de NiMh es una mezcla de hidruros metálicos, uno de los cuales es hidruro de lantano.
Las baterías NiMH han sido utilizadas por Toyota durante décadas y han demostrado sobradamente su durabilidad y buenas prestaciones. Un Toyota Prius con batería NiMh utiliza unos 10 kilos de lantano, lo que llevó a este modelo a ganarse el título de mayor consumidor de lantano del planeta.
Aunque Toyota ha ido sustituyendo esta tecnología por baterías de litio, sigue utilizando baterías de níquel-hidruro en el Toyota Highlander, el Lexus LBX, el Lexus UX híbrido y el Lexus RX.
El lantano también se utiliza para hacer gafas de visión nocturna (vidrio absorbente de infrarrojos), en lentes de cámaras y telescopios. Por su parte, el carbonato de lantano se usa en medicina para reducir los niveles sanguíneos de fosfato en pacientes con enfermedad renal.
El praseodimio se utiliza en la creación de aleaciones de imanes de neodimio-praseodimio, que mejoran la resistencia a la corrosión y el rendimiento a altas temperaturas. Estas aleaciones son muy interesantes para los motores de vehículos eléctricos y turbinas eólicas.
También tiene un uso muy destacado en la industria aeronáutica, concretamente en aleaciones con magnesio para la fabricación de motores de aviones y otros componentes. Al mezclarse con el magnesio, se obtiene un metal de muy alta resistencia.
También se utiliza en el sector de las telecomunicaciones, para la producción de vidrios de alta calidad, láseres, pantallas y lámparas fluorescentes.
El disprosio es otro elemento vital para la fabricación de imanes permanentes, particularmente aquellos que deben operar a altas temperaturas, como los utilizados en vehículos eléctricos y turbinas eólicas. Su capacidad para aumentar la resistencia térmica de los imanes lo hace indispensable en estas aplicaciones tecnológicas.
Hemos mencionado las más utilizadas en el sector del automóvil, pero sus aplicaciones van mucho más allá y abarcan prácticamente todos los rincones de las tecnologías modernas. Por ejemplo, el gadolinio es un elemento utilizado en medicina, pues ayuda a mejorar la imagen en máquinas de resonancia magnética y equipos de rayos X. Pero también se emplea en la producción de celdas fotovoltaicas y para hacer mejores memorias digitales.
El lutecio también tiene aplicaciones en medicina en máquinas de tomografía, haciendo posibles imágenes tridimensionales que mejoran el diagnóstico de enfermedades tumorales y otras lesiones. También se utiliza en bombillas LED, en el sector petrolífero como catalizador y en la industria del vidrio.
El europio tiene aplicaciones de lo más curiosas. Se utiliza para mejorar el brillo de las pantallas, para las marcas antifalsificación en los billetes de euro (aunque su nombre no viene por esto) y en el campo de la geoquímica para identificar procesos geológicos o datar meteoritos que han caído en nuestro planeta.
Redactor y probador de Híbridos y Eléctricos, desde 2019 cubriendo la actualidad del sector de los vehículos eléctricos y la movilidad sostenible.
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