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Monopolio de tierras raras de China
Durante tres semanas, China ha bloqueado los envíos de minerales de tierras raras a Japón, una medida que ha impulsado la urgencia de los esfuerzos para romper el control de Pekín sobre estos minerales. China produce ahora casi todo el suministro mundial de tierras raras, que son cruciales para una amplia gama de tecnologías, incluidos discos duros, paneles solares y motores para vehículos híbridos.
Un material atractivo: El neodimio (que se muestra aquí) es uno de los elementos de tierras raras que son clave para hacer imanes muy fuertes para motores eléctricos compactos.
En respuesta al dominio de China en la producción, los investigadores están desarrollando nuevos materiales que podrían reemplazar los minerales de tierras raras o disminuir su necesidad. Pero es probable que los materiales y las tecnologías tarden años en desarrollarse, y las alternativas existentes conllevan compensaciones.
China aparentemente bloqueó los envíos de Japón en respuesta a una disputa territorial en el Mar de China Meridional. Beijing ha negado el embargo, pero la falta de suministro pronto podría interrumpir la fabricación en Japón, dijo el martes a la prensa el ministro de Comercio e Industria, Akihiro Ohata.
Las tierras raras incluyen 17 elementos, como el terbio, que se utiliza para fabricar fósforos verdes para televisores de pantalla plana, láseres y lámparas fluorescentes de alta eficiencia. Otro de estos elementos, el neodimio, es clave en los imanes permanentes que se utilizan para fabricar motores eléctricos de alta eficiencia. Aunque más del 90 por ciento de los minerales se producen en China, se encuentran en muchos lugares del mundo y, a pesar de su nombre, en realidad abundan en la corteza terrestre (el nombre proviene de un siglo XIX). Convención del siglo). En los últimos años, la producción china de bajo costo y las preocupaciones ambientales han provocado que los proveedores fuera de China cierren sus operaciones.
Existen alternativas a las tierras raras para algunas tecnologías. Un ejemplo es el motor de inducción utilizado por Tesla Motors en su Roadster totalmente eléctrico. Utiliza electroimanes en lugar de imanes permanentes de tierras raras. Pero tales motores son más grandes y pesados que los que usan imanes de tierras raras. Como regla general, en motores pequeños y medianos, una bobina electromagnética se puede reemplazar con un imán permanente de tierras raras de solo un 10 por ciento del tamaño, lo que ha ayudado a que los motores de imán permanente sean la opción preferida para Toyota y otros híbridos. fabricantes de vehículos. En el caso de Tesla, la tecnología del motor de inducción valió la pena, le dio al automóvil una mayor potencia máxima en más condiciones, una prioridad máxima para un vehículo que puede dispararse de cero a 60 mph en 3.7 segundos. La volatilidad de los costos de los imanes permanentes de tierras raras era una preocupación, dice JB Straubel, director de tecnología de Tesla. No podríamos haber predicho las tensiones geopolíticas.
Más fabricantes están siguiendo el ejemplo de Tesla de evitar los materiales de tierras raras, aunque la medida significa sacrificar espacio y agregar peso a los vehículos. Una semana después de que comenzara el enfrentamiento en China, un equipo de investigación en Japón anunció que había fabricado un motor de vehículo híbrido libres de materiales de tierras raras, y Hitachi ha anunció esfuerzos similares . El vehículo eléctrico Mini E de BMW utiliza motores de inducción, y Tesla está suministrando sus trenes de transmisión al próximo RAV 4 eléctrico de Toyota. Dada la volatilidad de los suministros de tierras raras y las ventajas que ofrecen los motores de inducción en aplicaciones de alto rendimiento, tiene sentido que las empresas de automóviles Piense seriamente en el uso de motores de inducción, dice Wally Rippel, científico senior de AC Propulsion. Rippel trabajó anteriormente en diseños de motores de inducción en Tesla y GM, donde ayudó a desarrollar el seminal EV1.
A medida que los fabricantes de automóviles exploran motores alternativos, los investigadores en los EE. UU. Y en otros lugares también están tratando de idear reemplazos para los materiales de tierras raras, y los esfuerzos políticos están avanzando para aumentar el suministro de tierras raras desde fuera de China.
En los EE. UU., El dominio chino de la producción de minerales de tierras raras ha provocado un aumento de la financiación centrada en el desarrollo de imanes permanentes que utilizan menos materiales de tierras raras, si es que usan alguno, como casi $ 7 millones de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada para la Energía ( ARPA-E). En uno de estos proyectos, investigadores de la Universidad de Nebraska estan trabajando para mejorar los imanes permanentes fabricados con una aleación de hierro y cobalto, o FeCo. Esta clase de materiales se vende hoy en día, pero ofrece la mitad o menos de la potencia de los mejores imanes basados en tierras raras. Los investigadores de Nebraska se centrarán en formas de dopar la matriz estructural de estas aleaciones con trazas de otros elementos, reorganizando así su geometría molecular para crear materiales magnéticos permanentes más fuertes y duraderos.
Trabajando junto con los investigadores de Nebraska en el mismo programa ARPA-E, los investigadores de la Universidad de Delaware están avanzando en nanocompuestos que usan mucho menos de los valiosos materiales de tierras raras, pero que se ha demostrado teóricamente que generan fuerzas magnéticas dos veces más poderosas que las mejores de hoy. magnetos permanentes. El laboratorio está mezclando partículas, de solo 20 a 30 nanómetros de tamaño, de materiales magnéticos de tierras raras con un complemento de tierras no raras (estaño cobalto). Los esfuerzos anteriores para fabricar este material no han podido alinear con precisión las nanopartículas, lo que ha disminuido sustancialmente su rendimiento magnético. En lugar de preparar el material a granel, como mezclar masa, el equipo está desarrollando un proceso para controlar la alineación de las partículas ensamblándolas en matrices regulares.
GE Global Research, en Niskayuna, Nueva York, es perseguir nanocompositos similares a los que se están desarrollando en Delaware, también con financiación ARPA-E. Utilizando métodos desarrollados internamente, el proyecto tiene como objetivo construir un nuevo material a través de la alineación de nanopolvos. Estos materiales son intrínsecamente inestables, por lo que controlar su ensamblaje está en la frontera de los procesos de fabricación a nanoescala, dice Luana Iorio, gerente del Laboratorio de Procesamiento y Aleaciones de Alta Temperatura de GE, quien dirige la investigación. GE estima que sus nanocomposites podrían ofrecer un 35 por ciento más de fuerza magnética que los mejores imanes permanentes de la actualidad, mientras utilizan el 40 por ciento de las tierras raras, en volumen. Dentro de dos años, espera Iorio, el proyecto podrá crear muestras del nuevo material de unos pocos centímetros de diámetro.
Sin embargo, dado que estos esfuerzos pueden tardar años en dar sus frutos, la búsqueda de fuentes de minerales no chinas está atrayendo la atención a corto plazo. En California, Molycorp Minerals está buscando reabrir las minas de tierras raras que cerraron en 2002, en medio de precios bajos y preocupaciones ambientales. En las últimas semanas, se han presentado proyectos de ley en la Cámara de Representantes y el Senado de los EE. UU. Con el objetivo de reactivar la cadena de suministro de tierras raras en los EE. UU., Incluida la minería, la refinación y la fabricación. Un tercer proyecto de ley, en la Cámara, es más estricto y se enfoca en ofrecer garantías de préstamos para reiniciar la minería.