Ultimamente si parla molto delle terre rare e del loro sfruttamento. Al di là delle implicazioni politiche ed economiche per le quali esse si sono imposte all’attenzione mondiale degli ultimi giorni, le terre rare sono non soltanto una serie di elementi chimici ma anche un elemento strategico che caratterizzerà la tecnologia mondiale nei prossimi decenni.
Un elemento chiave della tecnologia moderna
Le terre rare sono un gruppo di 17 elementi chimici con proprietà uniche che le rendono indispensabili in molte applicazioni tecnologiche avanzate. Sebbene non siano effettivamente rare, il loro estratto e la loro lavorazione sono complessi e concentrati in pochi paesi.
Scoperta e origine del nome
Le terre rare furono identificate tra la fine del XVIII e l’inizio del XIX secolo. Il primo elemento scoperto fu l’ittrio, isolato nel 1794 dal chimico finlandese Johan Gadolin. Successivamente, con il progresso della chimica analitica, furono isolati gli altri elementi appartenenti a questo gruppo. Il termine “terre” deriva dal fatto che inizialmente vennero trovate in ossidi minerali simili alla terra, mentre “rare” si riferisce alla loro dispersione nella crosta terrestre e alla difficoltà di estrazione in forma pura.
Quali sono i 17 elementi delle terre rare?
Le terre rare si suddividono in due gruppi:
Elementi associati: Scandio (Sc) e Ittrio (Y), che condividono proprietà chimico-fisiche con i lantanidi.
Lantanidi (15 elementi): Lantanio (La), Cerio (Ce), Praseodimio (Pr), Neodimio (Nd), Promezio (Pm), Samario (Sm), Europio (Eu), Gadolinio (Gd), Terbio (Tb), Disprosio (Dy), Olmio (Ho), Erbio (Er), Tullio (Tm), Itterbio (Yb), Lutetio (Lu).
Prime applicazioni delle terre rare
Le terre rare trovarono iniziali applicazioni nel settore del vetro e della ceramica, dove venivano impiegate per la colorazione e per la produzione di vetri speciali. Successivamente, furono usate nelle leghe metalliche per la realizzazione di acciai ad alta resistenza, e nei catalizzatori industriali per la raffinazione del petrolio.
L’impiego delle terre rare nei pannelli fotovoltaici
L’industria fotovoltaica utilizza alcuni elementi delle terre rare per migliorare le prestazioni e l’efficienza dei moduli solari. In particolare:
- Neodimio (Nd) e Disprosio (Dy) – Presenti nei magneti permanenti degli inseguitori solari, che permettono ai pannelli di seguire il movimento del sole.
- Europio (Eu), Terbio (Tb) e Ittrio (Y) – Impiegati nei rivestimenti delle celle solari per ottimizzare la conversione della luce solare in energia elettrica.
- Cerio (Ce) – Aggiunto ai vetri dei pannelli per ridurre l’usura causata dai raggi UV, prolungandone la durata.
- Indio (In) e Gallio (Ga) – Elementi spesso associati alle terre rare, impiegati nelle celle solari a film sottile di tipo CIGS (rame, indio, gallio, selenio) e in quelle tandem di ultima generazione.
Altri settori di utilizzo delle terre rare
Oltre all’energia solare, le terre rare trovano applicazione in numerosi ambiti tecnologici:
- Elettronica: sono essenziali nella produzione di smartphone, computer, televisori e dispositivi a LED.
- Automotive: impiegate nei motori elettrici e nelle batterie per veicoli a zero emissioni.
- Aerospaziale e Difesa: usate nei sistemi radar, nelle leghe avanzate e nei magneti di alta resistenza.
- Medicina: il gadolinio è fondamentale per i mezzi di contrasto nelle risonanze magnetiche.
- Industria dell’illuminazione: presenti nei fosfori per la produzione di lampade fluorescenti e schermi a colori.
Durata e riciclo delle terre rare
Le terre rare non si consumano nel loro utilizzo, ma possono subire fenomeni di degrado quando integrate in componenti soggetti a stress meccanico o termico. Per questo motivo, il loro recupero è cruciale:
- Riciclo: processi innovativi permettono di recuperare terre rare da dispositivi elettronici e batterie esauste.
- Smaltimento: se non correttamente gestite, possono contaminare l’ambiente a causa della loro radioattività residua o di scarti chimici tossici.
Impatto ambientale e sulla salute
L’estrazione delle terre rare comporta impatti ambientali significativi, inclusa la produzione di rifiuti tossici e radioattivi. Inoltre, i processi di raffinazione possono rilasciare sostanze pericolose nell’aria e nell’acqua. Tuttavia, i prodotti finiti che contengono terre rare generalmente non presentano rischi diretti per la salute umana.
Paesi estrattori
Attualmente, la produzione mondiale di terre rare è concentrata in pochi paesi:
- Cina: principale produttore (oltre il 60% del mercato globale).
- Stati Uniti: estrazione presso la miniera di Mountain Pass (California).
- Australia: importante fornitore grazie ai depositi di Mount Weld.
- Birmania, Russia, India e Vietnam: emergenti nel mercato estrattivo.
Processo di lavorazione
Dopo l’estrazione, le terre rare devono essere sottoposte a processi di raffinazione complessi, che includono:
- Separazione chimica degli elementi dalle rocce.
- Purificazione per eliminare le impurità.
- Produzione di ossidi o metalli puri, pronti per l’uso industriale.
Paesi con maggior consumo di terre rare
Le nazioni che fanno il maggior uso di terre rare sono:
- Cina: leader nell’utilizzo per la produzione di elettronica e batterie.
- Stati Uniti: impiegate soprattutto nei settori della difesa e delle tecnologie avanzate.
- Giappone e Corea del Sud: fondamentali per l’industria elettronica e automobilistica.
- Unione Europea: utilizzo crescente per la transizione ecologica.
Processo di lavorazione
Dopo l’estrazione, le terre rare devono essere sottoposte a processi di raffinazione complessi, che includono:
- Separazione chimica degli elementi dalle rocce.
- Purificazione per eliminare le impurità.
- Produzione di ossidi o metalli puri, pronti per l’uso industriale.
Paesi con maggior consumo di terre rare
Le nazioni che fanno il maggior uso di terre rare sono:
- Cina: leader nell’utilizzo per la produzione di elettronica e batterie.
- Stati Uniti: impiegate soprattutto nei settori della difesa e delle tecnologie avanzate.
- Giappone e Corea del Sud: fondamentali per l’industria elettronica e automobilistica.
- Unione Europea: utilizzo crescente per la transizione ecologica.
Costo delle terre rare e confronto con altri materiali strategici
Le terre rare hanno un valore variabile a seconda della loro disponibilità e domanda industriale. Alcuni elementi, come il disprosio e il terbio, sono particolarmente costosi. Il loro prezzo è spesso paragonato a quello di altri metalli rari come platino, cobalto e litio.
Il ruolo dell’Italia nel mercato delle terre rare
L’Italia, pur non essendo un paese produttore, è un forte utilizzatore di terre rare, soprattutto nei settori dell’automotive, dell’elettronica e della transizione energetica. Il paese è coinvolto nella ricerca sul riciclo delle terre rare e nello sviluppo di nuove tecnologie per ridurre la dipendenza dalle importazioni.
Il futuro delle terre rare
Le prospettive di utilizzo delle terre rare includono:
- Miglioramento delle tecnologie di riciclo, per ridurre la dipendenza dall’estrazione.
- Nuovi materiali sostitutivi, che potrebbero replicare le proprietà delle terre rare senza gli stessi costi ambientali.
- Sviluppo di applicazioni innovative, come magneti senza terre rare e nuove tipologie di batterie.
L’evoluzione tecnologica e le politiche globali influenzeranno il mercato delle terre rare, rendendole sempre più strategiche per la sostenibilità e la digitalizzazione.
La foto è di Peggy Greb, US department of agriculture – http://www.ars.usda.gov/is/graphics/photos/jun05/d115-1.htm, Pubblico dominio, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=10512749.
