En respuesta a la posición dominante de China en la producción de tierras raras, los investigadores están desarrollando nuevos materiales que puedan reemplazar a los minerales de tierras raras o reducir su necesidad. Sin embargo, es probable que estos materiales y tecnologías tarden años en desarrollarse y las alte ativas existentes cuentan con compromisos importantes.
Aparentemente, China bloqueó los envíos a Japón en respuesta a una disputa territorial en el Mar de China Meridional. Pekín ha negado el embargo, pero la falta de suministro podría pronto interrumpir la fabricación en Japón, informó ayer el ministro de industria y comercio, Akihiro Ohata, a los periodistas.
Las tierras raras se componen de 17 elementos, tales como el terbio, que se utiliza para fabricar especies luminescentes verdes para televisores de pantalla plana, láseres, y lámparas fluorescentes de alta eficiencia. El neodimio es clave para la fabricación de los imanes permanentes usados en los motores eléctricos de alta eficiencia. Aunque más del 90 por ciento de estos minerales se producen en China, en realidad, se encuentran en muchos lugares del mundo, y, a pesar de su nombre, son relativamente abundantes en la corteza terrestre (el nombre es un resabio de una convención del siglo XIX). En los últimos años, el bajo coste de la producción china y las preocupaciones ambientales han causado que los proveedores de fuera de China dejaran de operar.
Ya existen alte ativas a las tierras raras para algunas tecnologías. Un ejemplo es el motor de inducción usado por Tesla Motors, una empresa con sede en Palo Alto, Califo ia, en su exclusivamente eléctrico Roadster. Éste usa electroimanes en lugar de imanes permanentes fabricados con tierras raras. Sin embargo, estos motores son más grandes y más pesados que los que utilizan imanes de tierras raras. Como regla general, en los motores pequeños y medianos, una bobina electromagnética se puede reemplazar con un imán permanente de tierras raras de tan sólo un 10 por ciento de su tamaño, lo que ha contribuido a que los motores de imanes permanentes sean la opción preferida por Toyota y otros fabricantes de vehículos híbridos. En el caso de Tesla, la tecnología del motor de inducción valía la pena el mayor peso, al ofrecerle al coche una mayor potencia máxima en más condiciones, una prioridad para un vehículo que puede despegar de las cero a las 60 mph en 3,7 segundos. "La volatilidad de los costes de entrar en los imanes permanentes de tierras raras fue una preocupación", afirma JB Straubel, director de tecnología de Tesla. "No podríamos haber previsto las tensiones geopolíticas".
Varios fabricantes están siguiendo el ejemplo de Tesla de evitar los materiales de tierras raras, aunque esto signifique sacrificar espacio y añadir peso a los vehículos. Una semana después de que comenzarán los problemas con China, un equipo de investigación en Japón anunció que había desarrollado un motor para vehículos híbridos sin usar materiales de tierras raras, y Hitachi ha anunciado unos esfuerzos similares. El Mini E eléctrico de de BMW utiliza un motor de inducción, y Tesla está suministrando a Toyota los trenes de transmisión para el próximo RAV 4 eléctrico. Dada la volatilidad de los suministros de tierras raras, y las ventajas en aplicaciones de alto rendimiento de los motores de inducción, "tiene sentido para los fabricantes de automóviles pensar seriamente en usar los motores de inducción", afirma Wally Rippel, científico senior de AC Propulsion. Rippel anteriormente trabajó en el diseño de motores de inducción para Tesla y GM, donde ayudó a desarrollar el EV1 seminal.
Al mismo tiempo que los fabricantes de automóviles exploran motores alte ativos, varios grupos de investigadores de EE.UU. y de otros países también están intentando desarrollar sustitutos para los materiales de tierras raras, y hay nuevos esfuerzos políticos avanzando para aumentar el suministro de tierras raras de otros países.
En los EE.UU., el dominio chino de la producción minera de tierras raras ha llevado a un aumento de la financiación centrada en el desarrollo de imanes permanentes que requieran menos, o no requieran, materiales de tierras raras, como los casi 7 millones de dólares de la Agencia de Proyectos Avanzados de Investigación para la Energía (ARPA-E). En uno de estos proyectos, un equipo de investigadores de la Universidad de Nebraska, está trabajando para mejorar los imanes permanentes fabricados con una aleación de hierro y cobalto, o FeCo. Esta clase de materiales ya se encuentran en el mercado actualmente, pero ofrecen la mitad o menos potencia que los mejores imanes de tierras raras. Los investigadores de Nebraska se centrarán en las formas de introducir trazas de otros elementos en la matriz estructural de estas aleaciones, reorganizando de esta forma su geometría molecular para crear materiales magnéticos permanentes más fuertes y más duraderos.
Trabajando conjuntamente en el mismo programa de la ARPA-E con los investigadores de Nebraska, un equipo de investigadores de la Universidad de Delaware está avanzando en el desarrollo de nanocompuestos que utilicen cantidades mucho menores de los valiosos materiales de tierras raras, pero que han demostrado teóricamente que pueden generar fuerzas magnética el doble de potentes que los mejores imanes permanentes actuales. El laboratorio está mezclando partículas, de sólo 20 a 30 nanómetros de tamaño, de materiales magnéticos de tierras raras con un complemento que no pertenece a las tierras raras (cobalto o estaño). Los esfuerzos anteriores para sintetizar este material no han podido alinear las nanopartículas con precisión, por lo cual su rendimiento magnético se ha visto disminuido sustancialmente. En lugar de procesar el material en grandes cantidades, como si se estuviera amasando una mezcla, este grupo está desarrollando un proceso para controlar la alineación de las partículas mediante el ensamblaje en matrices regulares.
GE Global Research, en Niskayuna, Nueva York, está desarrollando unos nanocompuestos similares a los desarrollados en Delaware, también con financiación de ARPA-E. Usando métodos de desarrollo propio, el proyecto tiene por objeto desarrollar un nuevo material mediante la alineación de nanopolvos. "Estos materiales son intrínsecamente inestables", así que el control de su montaje se encuentra en la frontera de los procesos de fabricación a nanoescala, explica Luana Iorio, responsable de la investigación en el Laboratorio de aleaciones y procesamiento de alta temperatura de GE. GE estima que sus nanocompuestos podrían ofrecer un 35 por ciento más de fuerza magnética que los mejor imanes permanentes actuales, mientras que sólo utilizaría el 40 por ciento de tierras raras, en volumen. Dentro de dos años, confía Ioiro, el proyecto será capaz de crear muestras del nuevo material de unos pocos centímetros de diámetro.
Sin embargo, puesto que estos esfuerzos pueden tardar varios años en dar fruto, la búsqueda de fuentes no chinas de estos minerales está atrayendo la atención a corto plazo. En Califo ia, Molycorp Minerals está intentando reabrir las minas de tierras raras que se cerraron en 2002 debido a los bajos precios y a las preocupaciones medioambientales. En las últimas semanas, el Congreso y el Senado de EE.UU. han aprobado nuevas leyes para reactivar la cadena de suministro de tierras raras en los EE.UU., incluyendo la minería, refinería y manufactura. Un tercer proyecto de ley, del Congreso, es más concreto, centrándose en ofrecer garantías de préstamos para reiniciar la minería.