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Oct 23, 2023

Come la scienza potrebbe facilitare il riciclaggio degli elementi delle terre rare

Recycling rare earth elements from existing high-tech products, like hard disk

Il riciclaggio degli elementi delle terre rare da prodotti high-tech esistenti, come i dischi rigidi, potrebbe aiutare a soddisfare la domanda di questi metalli preziosi.

JORG GREUEL/PHOTODISC/GETTY IMAGES PLUS

Di Erin Wayman

20 gennaio 2023 alle 8:00

Le nostre vite moderne dipendono dagli elementi delle terre rare e un giorno, presto, potremmo non averne abbastanza per soddisfare la crescente domanda.

Grazie alle loro proprietà speciali, questi 17 elementi metallici sono ingredienti cruciali negli schermi dei computer, nei telefoni cellulari e in altri dispositivi elettronici, nelle lampade fluorescenti compatte, nelle macchine per l'imaging medicale, nei laser, nelle fibre ottiche, nei pigmenti, nelle polveri lucidanti, nei catalizzatori industriali: l'elenco potrebbe continuare all'infinito. (SN online: 16/01/23). In particolare, le terre rare sono una parte essenziale dei magneti ad alta potenza e delle batterie ricaricabili dei veicoli elettrici e delle tecnologie di energia rinnovabile necessarie per portare il mondo verso un futuro a basse o zero emissioni di carbonio.

Nel 2021, il mondo ha estratto 280.000 tonnellate di terre rare, circa 32 volte la quantità estratta a metà degli anni ’50. E la domanda non potrà che aumentare. Entro il 2040, stimano gli esperti, avremo bisogno di una quantità di terre rare fino a sette volte superiore a quella di oggi.

Soddisfare quell'appetito non sarà facile. Gli elementi delle terre rare non si trovano nei depositi concentrati. I minatori devono estrarre enormi quantità di minerale, sottoporlo a processi fisici e chimici per concentrare le terre rare e quindi separarle. La trasformazione è ad alta intensità energetica ed è sporca, richiede sostanze chimiche tossiche e spesso genera una piccola quantità di rifiuti radioattivi che devono essere smaltiti in modo sicuro. Un’altra preoccupazione è l’accesso: la Cina ha quasi il monopolio sia sull’estrazione mineraria che sulla lavorazione; gli Stati Uniti hanno solo una miniera attiva (SN Online: 1/1/23).

Per la maggior parte dei lavori svolti dalle terre rare, non esistono validi sostituti. Quindi, per contribuire a soddisfare la domanda futura e diversificare chi controlla l’offerta – e forse anche rendere “più verde” il recupero delle terre rare – i ricercatori sono alla ricerca di alternative all’estrazione mineraria convenzionale.

Le proposte spaziano dall’estrazione dei metalli dai rifiuti di carbone a idee davvero fuori dal comune, come l’estrazione mineraria sulla Luna. Ma l’approccio che più probabilmente avrà un impatto immediato è il riciclaggio. "Il riciclaggio svolgerà un ruolo molto importante e centrale", afferma Ikenna Nlebedim, scienziata dei materiali presso l'Ames National Laboratory in Iowa e il Critical Materials Institute del Dipartimento dell'Energia. "Questo non vuol dire che riusciremo a superare la sfida dei materiali critici attraverso il riciclo."

Tuttavia, nel mercato dei magneti delle terre rare, ad esempio, tra circa 10 anni, il riciclaggio potrebbe soddisfare fino a un quarto della domanda di terre rare, secondo alcune stime. "È enorme", dice.

Ma prima che le terre rare contenute in un vecchio computer portatile possano essere riciclate con la stessa regolarità dell’alluminio in una lattina vuota, ci sono ostacoli tecnologici, economici e logistici da superare.

Il riciclaggio sembra un modo ovvio per ottenere più terre rare. Negli Stati Uniti e in Europa è pratica standard riciclare dal 15 al 70% di altri metalli, come ferro, rame, alluminio, nichel e stagno. Eppure oggi solo l’1% circa degli elementi delle terre rare presenti nei vecchi prodotti viene riciclato, afferma Simon Jowitt, geologo economico dell’Università del Nevada, a Las Vegas.

"I cavi in ​​rame possono essere riciclati in più cavi in ​​rame. L'acciaio può semplicemente essere riciclato in più acciaio", afferma. Ma molti prodotti delle terre rare sono “intrinsecamente poco riciclabili”.

Il progetto fornirebbe preziosi metalli delle terre rare e aiuterebbe a ripulire l’eredità sporca dell’estrazione del carbone.

Le terre rare vengono spesso mescolate con altri metalli nei touch screen e in prodotti simili, rendendone difficile la rimozione. In un certo senso, riciclare le terre rare da oggetti di scarto assomiglia alla sfida di estrarle dal minerale e separarle le une dalle altre. I metodi tradizionali di riciclaggio delle terre rare richiedono anche sostanze chimiche pericolose come l’acido cloridrico e molto calore, e quindi molta energia. Oltre all’impronta ambientale, il costo del recupero potrebbe non valere lo sforzo, data la piccola resa delle terre rare. Un disco rigido, ad esempio, potrebbe contenere solo pochi grammi; alcuni prodotti offrono solo milligrammi.