La industria metalúrgica ya ha vivido momentos transformadores en el pasado: el proceso Bessemer, la fusión relámpago, los hornos de arco eléctrico y la colada continua moderna cambiaron lo que era posible.
Sin embargo, desde hace más de un siglo, la mayoría de los procesos de extracción se basan en técnicas y procedimientos que resultarían familiares a los metalúrgicos de hace generaciones. Las operaciones han ganado escala y los sistemas de control se han vuelto más inteligentes, pero la base científica para separar los metales de los minerales ha cambiado menos de lo que muchos creen.
Los desafíos actuales en materia de materiales son diferentes de los del siglo XX, pero ¿por qué los metales críticos se siguen produciendo utilizando en gran medida los mismos fundamentos científicos?
EvoMaterials, una plataforma tecnológica desarrollada por Outokumpu —líder mundial en acero inoxidable sostenible y productor de ferrocromo con una huella de carbono un 67 % inferior a la media del sector—, está explorando esta cuestión replanteando cómo pueden extraerse los metales:
«Decidimos ir más allá de las limitaciones actuales y analizar a fondo cuál es la mejor manera de hacerlo con la ventaja de los conocimientos científicos y de ingeniería y la perspectiva que tenemos hoy», afirma Caspar Stinn, director técnico de metalurgia extractiva en Outokumpu. «Estamos estudiando cómo reimaginar la producción de metales».
Un problema de cadena de suministro disfrazado de problema de materiales
A medida que las economías crecen y el mundo se electrifica cada vez más, los datos y los modelos científicos apuntan a una creciente demanda de numerosos minerales, impulsada por tecnologías que van desde los centros de datos hasta el sector aeroespacial, el tratamiento del agua, los sistemas energéticos y la defensa. Según Antoine Allanore, profesor de Metalurgia en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), esto coincide con el hecho de que muchas economías occidentales han reducido su capacidad nacional de procesamiento justo para aquellos metales de los que dependen estas industrias.
La metalurgia tiene ahora una importancia estratégica, condicionada no solo por el coste y la disponibilidad, sino también por la huella de carbono, el origen geográfico y la resiliencia de la cadena de suministro.
Esta realidad resulta especialmente relevante para el cromo y otros metales especiales utilizados en entornos extremos y de altas temperaturas. Los materiales a base de cromo desempeñan un papel fundamental en los sistemas aeroespaciales, la generación de energía, las infraestructuras resistentes a la corrosión y las tecnologías de defensa, donde los materiales deben rendir en condiciones muy exigentes.
Más allá de la optimización
Durante décadas, la innovación metalúrgica se centró en gran medida en mejorar el rendimiento, la eficiencia energética y el control de los procesos. EvoMaterials se basa en la idea de que algunos procesos metalúrgicos podrían beneficiarse de rutas químicas totalmente distintas.
La plataforma surge de la investigación sobre tecnologías de procesamiento basadas en la sulfuración, desarrolladas inicialmente para reducir las emisiones de carbono asociadas a la producción de ferrocromo. El trabajo de laboratorio reveló un potencial aún mayor.
Los ensayos a escala de laboratorio demostraron que estos procesos químicos alternativos podrían lograr mucho más que reducir las emisiones. Podrían recuperar metales valiosos a partir de recursos de menor ley y flujos secundarios industriales, al tiempo que modifican radicalmente la forma en que se llevan a cabo los procesos de separación. La oportunidad reside en replantearse cómo se utilizan los recursos minerales y cuánto valor se puede extraer de ellos, lo que aportaría una mayor eficiencia en el uso de los recursos y una mayor competitividad industrial.
Entender la fundición tradicional frente a la nueva tecnología propietaria
Fuente: Outokumpu
El desarrollo de la tecnología comenzó en Estados Unidos en 2021 para la cromita procedente de la mina de Kemi de Outokumpu, en Finlandia, la única mina de cromo de la Unión Europea y una de las pocas explotaciones de este tipo en el mundo occidental. Desde entonces, Outokumpu ha hecho evolucionar la tecnología mediante una intensa labor de investigación y desarrollo, combinando nuevos procesos químicos con sus propios conocimientos metalúrgicos, con el respaldo parcial de un acuerdo de licencia de patente no exclusiva del MIT.
«La tecnología es una nueva aplicación para separar elementos metálicos de los materiales», explica Allanore. Históricamente, esa separación se ha logrado mediante métodos con un uso intensivo de energía y carbono. El nuevo método crea un entorno químico diferente que permite una extracción más eficiente, con menos pérdidas y menos subproductos no deseados, recuperando materiales críticos a partir de recursos considerados residuos.
La innovación surge en las fronteras
EvoMaterials se sitúa en la intersección de varias disciplinas científicas, una combinación que encaja a la perfección con Stinn, quien realizó su doctorado en Ciencia e Ingeniería de Materiales en el MIT, donde su investigación se centró en el procesamiento de metales con bajas emisiones de carbono y en tecnologías de reciclaje.
La innovación actual en materiales se nutre de una combinación cada vez mayor de química, ciencia de materiales, física, modelización computacional e ingeniería. Aunque las herramientas avanzadas de simulación y la IA ayudan a los investigadores a identificar vías prometedoras, el descubrimiento científico sigue dependiendo de la experimentación y las pruebas en el laboratorio: de ensuciarse las manos y hacer el trabajo duro.
«Hoy en día, la ciencia es mucho más interdisciplinar que antes, y la colaboración entre distintas disciplinas revela nuevas oportunidades científicas», afirma Stinn. La ingeniería puede transformar esas oportunidades en una producción de metales más eficiente y competitiva en costes.
Construir una plataforma tecnológica
Un aspecto técnicamente relevante de EvoMaterials es que no se trata de un proceso único, sino de una plataforma tecnológica. Allanore compara EvoMaterials con las tecnologías de plataforma de otros sectores, donde un único avance científico puede hacer posibles múltiples aplicaciones derivadas.
Una vez que se domina una nueva vía de extracción para un sistema de materiales determinado, los mismos principios científicos pueden adaptarse a metales y recursos minerales completamente distintos. La aplicación inicial se convierte solo en el punto de partida.
«El futuro y el impacto potencial podrían ser mucho más amplios que los avances iniciales y actuales que se están produciendo», explica Allanore.
Esa posibilidad cobra cada vez mayor importancia a medida que las industrias buscan suministros seguros de níquel, cromo, molibdeno y otros materiales estratégicos necesarios para la fabricación avanzada.
El futuro de las empresas de materiales
La implicación más amplia va más allá de la metalurgia. Las empresas que desarrollan tecnologías de procesos propias pueden generar valor a través de la producción, pero también mediante la propiedad intelectual y el conocimiento científico.
A partir del liderazgo tecnológico de Outokumpu, esa transición podría crear categorías de valor completamente nuevas, lo que permitiría producir materiales críticos de alto valor a partir de minerales y flujos de recursos que antes parecían inviables económicamente o inaccesibles.
El resultado sería un cambio fundamental en cómo se fabrican los metales, donde la sostenibilidad, la eficiencia en el uso de recursos, la seguridad del suministro y el valor económico se convierten en resultados de una misma arquitectura tecnológica en lugar de en objetivos independientes.
El siguiente paso para EvoMaterials es la validación a escala piloto, con una planta piloto en New Hampshire que comenzará a operar en el primer semestre de 2027. Las instalaciones permitirán escalar su tecnología propia desde el laboratorio hasta una producción de una tonelada, lo que supondrá un paso hacia el despliegue a escala industrial previsto para 2030. Más allá de producir ferrocromo enriquecido con cromo y cromo metálico con bajas emisiones de CO2, la plataforma podría adaptarse a otros materiales estratégicos, como el níquel y el molibdeno.
El trabajo plantea una pregunta más amplia: ¿cuántos de los procesos metalúrgicos actuales serían iguales si se inventaran desde cero? ¿O acaso esas vías podrían diseñarse hoy de otra manera?
La próxima revolución de los materiales podría empezar por replantear cómo extraer los metales de los que depende la sociedad.
Lee más sobre este tema y escucha a Caspar Stinn y Antoine Allanore.
Este contenido ha sido producido por Outokumpu. No ha sido redactado por el equipo editorial de MIT Technology Review.