La transizione energetica avrà bisogno di più elementi terrestri rari. Possiamo proteggerli in modo sostenibile?

La miniera di Mountain Pass in California è l'unico impianto attivo di estrazione e lavorazione di terre rare negli Stati Uniti Foto: Tmy350

Per limitare l’aumento della temperatura globale a 1,5 gradi C o vicino ad essa, tutti i paesi devono decarbonizzare, tagliare l’uso di combustibili fossili, passare a fonti di energia rinnovabile a zero emissioni di carbonio ed elettrificare il maggior numero possibile di settori. Richiederà un numero enorme di turbine eoliche, pannelli solari, veicoli elettrici (EV) e batterie di accumulo, tutti realizzati con elementi di terre rare e metalli critici.

Gli elementi critici per la transizione energetica includono i 17 elementi delle terre rare, i 15 lantanidi più lo scandio e l’ittrio. Sebbene molti metalli delle terre rare siano in realtà comuni, sono chiamati “rari” perché raramente si trovano in quantità sufficienti per essere estratti facilmente o economicamente.

Tabella degli elementi delle terre rare. Immagine: Ivtorov

Elementi come silicio, cobalto, litio e manganese non sono elementi delle terre rare, ma sono minerali fondamentali ed essenziali anche per la transizione energetica.

Fornire queste grandi quantità di minerali in modo sostenibile sarà una sfida significativa, ma gli scienziati stanno esplorando diversi modi per fornire materiali per la transizione energetica con meno danni alle persone e al pianeta.

Si prevede che la domanda di elementi delle terre rare crescerà del 400-600% nei prossimi decenni, e la necessità di minerali come il litio e la grafite utilizzati nelle batterie dei veicoli elettrici potrebbe aumentare fino al 4.000%. La maggior parte delle turbine eoliche utilizza magneti al neodimio-ferro-boro, che contengono gli elementi delle terre rare neodimio e praseodimio per rafforzarli, e disprosio e terbio per renderli resistenti alla smagnetizzazione. Si prevede che la domanda globale di neodimio aumenterà del 48% entro il 2050, superando l’offerta prevista del 250% entro il 2030. La necessità di praseodimio potrebbe superare l’offerta del 175%. Si prevede che anche la domanda di terbio supererà l’offerta. E per soddisfare la domanda prevista entro il 2035 di grafite, litio, nichel e cobalto, un’analisi prevede che sarebbero necessarie 384 nuove miniere.

La Cina una volta forniva il 97% degli elementi delle terre rare del mondo. Il sostegno del governo, la manodopera a basso costo, le normative ambientali permissive e i prezzi bassi gli hanno permesso di monopolizzare la produzione di metalli delle terre rare. Oggi la Cina produce il 60-70% delle terre rare del mondo e si sta anche assicurando i diritti minerari in Africa. Gli Stati Uniti producono poco più del 14% e l’Australia produce il 6% degli elementi delle terre rare.

Nel 2018, gli Stati Uniti dipendevano al 100% da altri paesi per 21 minerali critici. Dopo che la Cina ha interrotto le esportazioni di elementi di terre rare verso il Giappone a causa di una disputa, molti paesi si sono preoccupati per le implicazioni politiche ed economiche della dipendenza da un mercato e hanno iniziato a sviluppare la propria produzione di elementi di terre rare. L’amministrazione Biden ha dato priorità allo sviluppo di una catena di approvvigionamento nazionale per i metalli delle terre rare e i minerali critici.

L’attività mineraria spesso provoca l’inquinamento del territorio, dell’acqua e dell’aria, la diffusione di rifiuti tossici, l’esaurimento delle risorse idriche, la deforestazione, la perdita di biodiversità e il disordine sociale. Nonostante sia soggetta alle normative ambientali federali e statali, l’estrazione dei metalli è l’inquinatore tossico numero uno negli Stati Uniti

È difficile estrarre elementi delle terre rare senza causare danni ambientali a causa del modo in cui vengono estratti. Un metodo prevede la rimozione del terriccio, quindi la creazione di una vasca di lisciviazione in cui vengono utilizzate sostanze chimiche per separare gli elementi delle terre rare dal minerale. Le sostanze chimiche tossiche possono penetrare nelle falde acquifere, causare erosione e inquinare l’aria. Un'altra tecnica consiste nel perforare il terreno e utilizzare tubi e manichette in PVC per pompare sostanze chimiche nel terreno. La miscela risultante viene poi pompata in bacini di lisciviazione per la separazione, creando gli stessi problemi ambientali.

Uno stagno degli sterili a Butte, nel Montana. Foto: James St. John

Inoltre, poiché gli elementi delle terre rare si trovano spesso vicino al torio e all’uranio radioattivi, i rifiuti lasciati dopo che gli elementi delle terre rare vengono separati dal minerale – sterili – contengono sostanze chimiche, sali e materiali radioattivi. Gli sterili vengono solitamente immagazzinati in stagni che possono fuoriuscire e contaminare le risorse idriche.