Europa está cada día en una posición más delicada para sostener nuestro futuro de bienestar.
José Manuel Torralba, IMDEA MATERIALES
Nos hemos embarcado en numerosos propósitos para salvar al planeta sin liderazgo empresarial, de innovación y de I+D que nos permita competir. Y, lo que es peor, no tenemos las materias primas con las que poder hacer los cambios. Europa afronta la mayor escasez de materias primas esenciales de toda su historia.
La última lista de minerales y metales fundamentales –según el nuevo reglamento de la UE (2024)– incluye, entre otros: bauxita/alúmina/aluminio, bismuto, boro, cobalto, cobre, galio, germanio, litio, magnesio, manganeso, grafito, níquel, metales del grupo del platino, tierras raras para imanes permanentes, silicio metálico, titanio y wolframio.
Es sabido que las mayores reservas estos materiales están en China, Rusia, África –con una minería controlada por China– y, en algunos casos, EE. UU. y Sudamérica.
En Europa tenemos alguna reserva interesante de metales como el litio (Li), por ejemplo, pero nuestra sociedad europea es especialmente intransigente a la minería que permita explotarlas.
Así, nos enfrentamos a la gran escasez europea de recursos de alto interés para el presente y para el futuro.
La energía alternativa requieren metales críticos
Todas las tecnologías alternativas a la energía fósil (geotérmica, hidrotermal, nuclear, bioenergía, energías basadas en el hidrógeno, solar, eólica, baterías, etc.) consumen ingentes cantidades de metales, especialmente acero, cobre, aluminio y níquel.
Las baterías para vehículos eléctricos requieren silicio, cobalto, grafito, manganeso y tierras raras, también en grandes cantidades.
La gran escasez
El grafito está en la parte más alta de la lista de los materiales considerados fundamentales. Necesitamos 610 millones de toneladas para satisfacer la demanda de coches eléctricos en 2030, y las reservas mundiales solo alcanzan los 300 millones.
Necesitaremos 420 millones de toneladas de níquel, y tenemos 90. También necesitaremos 90 y 75 millones de toneladas de cobalto y litio, pero contamos con 10 y 20, respectivamente.
Es decir, a día de hoy, independientemente de su origen, no disponemos de metales suficientes para las baterías que hay que fabricar en los próximos años para la electrificación del parque de vehículos.
De cobre, otro de los protagonistas de este drama, necesitamos 480 millones de toneladas y tenemos 830. Al ritmo de consumo actual se espera que se consuman 700 millones de toneladas en los próximos veinte años, igual que en toda la historia de la humanidad. Pronto experimentaremos un gran problema de escasez de cobre.
Para fabricar prácticamente todas las aleaciones llamadas de altas prestaciones (aceros de muy alta resistencia, superaleaciones, aleaciones biomédicas, superligeras o con memoria de forma, etc.) necesitamos de todos estos elementos críticos, y resulta que no los tenemos o nos cuesta mucho tenerlos.
Una propuesta científica revolucionaria en marcha
Aquí es cuando entra en juego una propuesta científica revolucionaria que se parece a la “cocina de aprovechamiento”. Si no contamos con buenos ingredientes para hacer nuestra receta, busquémoslos en los restos.
Es lo que se hace siempre que hay escasez, y ahora vivimos tiempos de escasez. Tenemos ingentes cantidades de “restos” disponibles en la chatarra y la basura electrónica.
Muchos de estos metales críticos no se reciclan suficientemente desde la chatarra (menos de un 50 %), y el problema es más exagerado en la basura electrónica, que no reutiliza más allá de un 17 %.
Esto se debe a que, hasta ahora, la manera de diseñar y fabricar aleaciones es la misma que la del chef de alta cocina preparando una receta: selecciono los ingredientes necesarios y los voy combinando de una manera secuencial y precisa. Y en esa receta, todo lo que se salga de la lista no sirve, porque nos da mal sabor según el criterio del fino paladar del chef.
Si este cocinero quisiera utilizar restos de comida, utilizando criterios ortodoxos para desarrollar una receta, le costaría mucho extraer los ingredientes que necesita.
Pero ¿y si le diéramos herramientas para mezclar restos que, combinados apropiadamente, consiguieran un plato con un sabor riquísimo?
Pues eso es lo que podemos hacer para el diseño de aleaciones utilizando el concepto de la alta entropía.
La magia de la alta entropía
Cuando aparecieron las aleaciones de alta entropía en el siglo XXI, se demostró que mezclando “muchos elementos” casi de cualquier manera (en absoluto siguiendo los cánones de la metalurgia, donde hay que evitar algunos que pueden perjudicar el resultado final), y gracias a la alta entropía de la mezcla, se consiguen microestructuras que dan a los materiales propiedades excepcionales.
Con este nuevo enfoque se cambia el paradigma clásico al utilizar muchos elementos aleantes para lograr una alta entropía en su configuración. Se elimina el concepto de “elementos previamente restringidos” y minimizamos el empleo directo de los críticos que históricamente se utilizan para lograr propiedades específicas.
Mezclas a partir de chatarra
Aprovechando la alta entropía, es posible crear mezclas a partir de chatarras o concentrados de metales de la basura electrónica que cumplan con los criterios necesarios para desarrollar microestructuras viables para un alto rendimiento.
De esta manera desaparece la necesidad de utilizar elementos prohibidos (como el cobre en la mayoría de los aceros). También evitamos usar metales críticos como materias primas directas, aprovechando chatarra de aleaciones comerciales, y podemos usar directamente aleaciones multicomponentes de residuos mineros y chatarra electrónica.
El material perfecto
Pero ¿es posible conseguir el plato de alta cocina perfecto a partir de desechos?
Lo interesante es que los podemos combinar de infinitas maneras, con infinitas combinaciones de porcentajes de mezcla hasta dar con ese material final a gusto del chef, perfecto.
Si tengo cinco (o diez) familias de chatarras o cinco (o diez) combinaciones de aleaciones que provienen del reciclado de la basura electrónica, las posibilidades de mezcla son infinitas.
Y afortunadamente hoy contamos con un robot de cocina perfecto, que analiza los restos y calcula en qué proporción los tienes que mezclar: la inteligencia artificial.
Sabemos cómo hacer para que una plataforma digital, a partir de datos de diversas fuentes, se entrene para decidir cuál es la combinación ideal de chatarras para que el material resultante pueda competir con la mejor aleación de altas prestaciones.
Podemos cocinar ese plato perfecto a partir de mezclas imposibles. ¿Cambiará el mundo? Estamos trabajando en ello.
José Manuel Torralba, Catedrático de la Universidad Carlos III de Madrid, IMDEA MATERIALES
Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. Lea el original.
