El estallido de la revolución digital y la entrada de China en la Organización Mundial del Comercio, que acentuó la deslocalización industrial y concentró en el país poder en su condición de proveedor de materias primas, convencieron a Europa de que debía tomarse muy en serio su dependencia de terceros países para el acceso de su industria a elementos químicos clave. En 2008 se puso en marcha la Iniciativa de Materias Primas, que se consolidó en 2011 con la publicación de la primera lista de CRM (critical raw materials) por parte de la Comisión Europea y la puesta en marcha de una iniciativa trilateral con Japón y EEUU.
Como el concepto de criticidad es muy dinámico, la lista de se actualiza trienalmente: su versión más reciente es de 2020 y el número de materiales incluidos en ella ha aumentado de los 14 materiales a 30. Su visión es que la mayoría de los CRM tienen características únicas que los hacen muy difíciles de sustituir en la aplicación seleccionada.
Las urgencias son evidentes. La Comisión Europea estima que, si no se actúa, en 2050 la demanda de litio de la UE será de 10 a 50 veces mayor que la demanda en todas las aplicaciones y la de tierras raras (REE) se habrá multiplicado entre 5 y 10 veces por efecto de la movilidad eléctrica. Por su parte, la demanda de materias primas utilizadas en turbinas eólicas, fundamentales para la expansión de las energías renovables implícita en el Pacto Verde Europeo, disparará la necesidad de REE hasta seis veces en 2030 y hasta 15 veces en 2050.
Hay además aspectos geoestratégicos que van más allá de lo económico: China es el principal productor mundial del 58% de las materias primas identificadas como importantes para aplicaciones de defensa, mientras que la UE sólo es el mayor proveedor mundial de una, el hafnio.
Entre las iniciativas adoptadas durante la última década, destaca la European Innovation Partnership (EIP) on Raw Materials, una plataforma que ha dado lugar a 127 Compromisos EIP. Uno de ellos, SUBST-EXTREME, ha trabajado en la búsqueda de sustitutos para las CRM en las industrias energética, aeroespacial y minera, y uno de sus dos grupos de trabajo, centrado en aleaciones metálicas, ha sido liderado por la Universidad de Burgos, convertida ya en un hub europeo en esta disciplina: ha creado el International Excellence Center in Critical Raw Materials for Advanced Industrial Technologies (ICCRAM).
Fruto de esta mayor sensibilidad por el problema, el área de Materias Primas del EIT (Instituto Europeo de Innovación y Tecnología) es el mayor consorcio del sector a nivel mundial, con más de 120 miembros. Complementa a propuestas como la European Battery Alliance (EBA), creada en 2017, que incluye como una de sus seis áreas prioritarias el acceso a las materias primas, o la Alianza Europea de Materias Primas (ERMA), lanzada el 29 de septiembre de 2020.
El Knowledge Innovation Community (KIC) de Materias Primas del EIT participa en el lanzamiento al mercado de baterías de estado sólido de primera generación y en el desarrollo de nuevas composiciones de acero y aleaciones de aluminio. También impulsa la primera planta de materiales precursores de cátodos en Europa, así como al menos una planta de fabricación de materiales de cátodos y ánodos de baterías.
Grupos como COST Action CA15102 sostienen también en Europa, en paralelo a estas iniciativas, que la demanda de materiales críticos puede reducirse mediante su sustitución por materias primas secundarias. Actualmente se devuelve al ciclo productivo menos del 1% de las REE y se pueden lograr mejoras en el reciclado, particularmente en el área de imanes, lámparas fluorescentes, baterías y catalizadores.
Con unas tasas de crecimiento anuales del 2%, los flujos de residuos de los aparatos eléctricos y electrónicos siguen situándose entre los que más rápidamente crecen en la UE. Sin embargo, menos del 40% de ellos se reciclan. Este enfoque puede ser fundamental para el futuro de muchos elementos.
El itrio es insustituible, ya que las alternativas suelen ser mucho menos efectivas, especialmente en láseres electrónicos y fósforos, aunque el óxido de itrio podría reemplazarse por CaO o MgO como estabilizador en cerámicas de zirconio. El itrio se puede extraer de recursos secundarios preferentemente mediante procesos hidrometalúrgicos y, aunque faltan instalaciones de reciclado a gran escala, se avanza en opciones de recuperación de pantallas planas, vidrio óptico gastado y polvo cerámico.
El reciclado asoma como una vía interesante también para recuperar wolframio al final de su vida útil, ya que su sustitución tiene el problema de generar costes más altos y pérdida del rendimiento del producto, o es sencillamente implanteable porque pasa por el uranio empobrecido o el plomo.
En el caso del niobio, se puede recuperar reciclando los aceros que lo contienen, de modo que no es una cuestión de tecnología, sino de logística. Se estima que la tasa de reciclado podría alcanzar el 56%, pero necesitaría una mejor gestión de la chatarra. En cuanto al cobalto, su reciclado depende de las investigaciones sobre las baterías de iones de litio que son la aplicación más común, se han desarrollado varios procedimientos en esta dirección.
Economía ‘verde’ y vías de innovación
De un total de 64 materias primas investigadas por la German Environment Agency, en 40 tecnologías ambientales 38 de ellas podrían desempeñar un papel clave en un escenario de economía verde para los años 2025 y 2050. El problema es que las opciones de sustitución relevantes se sitúan en diversas etapas de madurez.
Por ejemplo, ya están disponibles en el mercado alternativas de imanes de neodimio-hierro-boro (NdFeB) en motores eléctricos para BEV (battery electric vehicle) con motores asíncronos, motores síncronos con excitación eléctrica externa y motores con contenido reducido de tierras raras; y la plata sinterizada, como sustituto de las soldaduras sin plomo, ya ha entrado en la fase comercial. Pero otras opciones de sustitución aún no son competitivas en precio, como los diodos orgánicos emisores de luz (OLED) para reemplazar a los LED blancos.
El escenario de sustitución potencial de materias primas por sectores arroja algunos datos interesantes: en el RFID (identificación por radiofrecuencia) se plantea un descenso sustancial de cobre y plata en 2025 del -96% y 2050 del -100%; en LED blancos, una bajada sustancial de cerio en 2025 del -60%; en motores híbridos, una disminución sustancial de disprosio y terbio en 2025 del 55%; en motores eléctricos para BEV y PHEV (plug-in hybrid electric vehicle), una minoración de disprosio, neodimio, praseodimio y terbio en 2050 del -64 %; y para imanes permanentes en aerogeneradores, una reducción sustancial del disprosio en 2025 del -40%.
La investigación y el desarrollo se requieren principalmente con respecto a aquellas opciones de sustitución para las que se prevé una cuota de mercado relativamente pequeña para 2025 porque aún no son competitivas y los niveles de eficiencia que se están alcanzando son relativamente bajos como sucede con las células solares de sulfuro de cobre, zinc y estaño.
Lo mismo se puede decir de los TCO (óxidos conductores transparentes) libres de indio, con problemas de fabricación a gran escala, o con los motores de baja tensión con imanes permanentes de alto rendimiento en aplicaciones industriales. En otros casos, el apoyo debe venir vía sensibilización y fomento de la confianza entre los consumidores podría ser la palanca para su explosión, como en el el caso de los motores síncronos y los OLED blancos.
Otra vía de innovación puede ser potenciar la minería. Se ha identificado 14 proyectos, desde minas y minas urbanas hasta imanes, que requerirían un volumen de inversión de 1.700 millones de euros y podrían constituir la base de una industria europea de tierras raras, capaz de satisfacer el 20% de la demanda de la UE para 2030 e impulsar un mercado de 400.000 millones de euros y 6 millones de puestos de trabajo solo en la industria de la movilidad y la automoción.
