El secreto poder de las tierras raras

Probablemente nunca haya oído hablar de las tierras raras. Sin embargo, este grupo de elementos de la tabla periódica ha penetrado en el tejido de la vida moderna, en maneras impensables hasta hace unos años y de las cuales la mayoría de nosotros todavía no somos conscientes.

Hay entre 15 y 17 de ellas (dependiendo de cómo se las clasifique), incluyendo sustancias como holmio, praseodimio, cerio, lutecio, iterbio, gadolinio o –mi favorito– prometio.

Quizá sean misteriosos y poco conocidos, pero estos minerales ya han transformado todo tipo de industrias. La fabricación de turbinas eólicas es un buen ejemplo.

Henrik Stiesdal es considerado uno de los padres de la industria eólica moderna. De adolescente, construyó su primera turbina en la granja de su familia en Dinamarca y ha estado perfeccionando sus diseños desde entonces.

Ahora es director de tecnología de uno de los mayores fabricantes de aerogeneradores del mundo, el gigante alemán de ingeniería Siemens.

Al entrar en su oficina, con una vista generosa de una enorme fábrica de turbinas de la compañía en la península de Jutlandia, lo primero que uno nota es el intrigante reloj antiguo frente a su escritorio.

Su sonoro tic-tac es imposible de ignorar. Él está encantado cuando le pregunto sobre eso. Es, dice, un ejemplo original de un reloj Synchronome.

"Lo compré para inspirar y porque a veces siento la necesidad de mostrarle a mis colegas que existen soluciones simples a problemas de ingeniería con los que se ha luchado por siglos".

Claramente, Stiesdal puede ser un jefe exigente.

Precisión ante todo
El Synchronome, diseñado hace más de un siglo en Reino Unido, es el reloj de péndulo más preciso jamás construido.

Representa, explica Stiesdal, una respuesta excepcionalmente elegante para un viejo desafío: reducir el mecanismo a una sola rueda de engranaje.

Hasta hace muy poco Stiesdal y sus colegas enfrentaban un desafío similar: querían eliminar los sistemas de engranajes en sus turbinas.

Las turbinas eólicas necesitan engranajes porque las palas giran a alrededor de diez revoluciones por minuto, pero los generadores que convierten la rotación en electricidad operan a 1.500 revoluciones.

El problema es que –al igual que con los relojes– cuanto más complejo se convierte un mecanismo, más cosas pueden salir mal en el intento de modificarlo.

Y en el mundo de las turbinas de viento –particularmente las de alta mar– una falla mecánica es muy costosa. Se necesitan barcos grúa especiales, ingenieros y buen clima.

El costo de una reparación alcanza rápidamente los cientos de miles de dólares.

"Ni raros ni tierras"
Entonces, ¿cómo podrían Stiesdal y su equipo deshacerse de todos esos engranajes? La solución de la industria –como a esta altura habrán adivinado– implicó el uso de las tierras raras.

En su laboratorio en University College de Londres (UCL), la cara del profesor Andrea Sella se ilumina cuando le pregunto sobre ellas. Es evidente que esta familia de elementos está particularmente cerca del corazón de este químico.

"Lo primero que usted necesita saber es que ni son raros ni son tierras", me dice Sella.

Se las califica de "raras" ya que es muy poco común encontrarlos en una forma pura, pero resulta que hay depósitos de algunos de ellos en todo el mundo. El cerio, por ejemplo, es el 25º elemento más común en el planeta.

Y el término "tierra", dice el experto, no es más que un vocablo arcaico para algo que se puede disolver en ácido.

Se los agrupa en una familia debido a sus similitudes químicas increíbles: la razón por la que tomó un siglo de investigación científica hasta finalmente llegar a aislar a todos.

Pero la similitud química de las tierras raras contradice todo tipo de diferencias electromagnéticas y ópticas fascinantes.

Para demostrarlo, Sella muestra un exhibidor de tubos de ensayo con una selección de tierras raras, cada una de un tono pastel diferente: hay rosas suaves, púrpuras, azules y verdes.

El elemento radiactivo prometio no se encuentra en su colección: Sella lo llama "el pichón oculto en el nido". Esta sustancia no se halla naturalmente en la tierra, sino que se forma en los reactores nucleares. Es posible que usted tenga encima un pequeño rastro de prometio en este mismo momento, ya que ha sido utilizado para la pintura luminosa de algunos relojes pulsera.

El académico coloca una luz ultravioleta sobre su colección. Algunos se iluminan con colores fluorescentes.

"Una de las increíbles propiedades de las tierras raras es que producen diferentes longitudes de onda de luz –colores específicos– exactamente a pedido", explica.

Billetes protegidos
Esta propiedad forma parte del sistema de lucha contra la falsificación utilizado en los billetes de euro.

Sella toma un billete de 50 euros y lo coloca bajo la luz ultravioleta. Rayas y formas verdes y azules brillantes aparecen junto a una constelación de estrellas azul y rosado-púrpura.

Sin embargo, las propiedades ópticas de las tierras raras hacen algo más que disuadir a los falsificadores.

La luz verde en una pantalla de televisión o una computadora se genera con terbio, mientras que el color rojo es producido por una combinación de europio e itrio.

Pero la tierra rara más útil –en términos ópticos– es probablemente el erbio.

La luz producida por el erbio es invisible para el ojo humano, pero puede enviar señales a través de fibras ópticas a lo largo de muchos kilómetros, por lo que la mayoría de las aplicaciones de fibra óptica utilizan amplificadores de señal hechos con este elemento.

Son las increíbles propiedades magnéticas de algunas de las tierras raras que la mayoría de nosotros, sin saberlo, explotamos con mayor frecuencia.

Sella me pasa un trozo rectangular de metal de color gris oscuro de pocos centímetros de largo.

"Sostén esto", ordena. Lo tengo en mi puño.

Saca una moneda y la coloca en la palma de mi mano. Incluso a través del grosor de mi mano puedo sentir el tirón del imán.

"Esto es un imán hecho con neodimio", explica. "Es diez veces más potente que uno de hierro normal y puede almacenar 1.000 veces su propio peso".

No es exagerado decir que la miniaturización de la tecnología no sería posible sin estos increíbles imanes.

Son un avance sorprendentemente reciente. Los primeros imanes de neodimio y escandio se desarrollaron en 1982, pero su descubrimiento ha revolucionado todo tipo de tecnologías.

Los pequeños motores de los discos duros de las computadoreas y los altavoces en miniatura en los teléfonos móviles y ordenadores portátiles dependen de los imanes de tierras raras.

Son también utilizados en guitarras eléctricas, escáneres de resonancia magnética y hornos de microondas.

En la fábrica
Y los imanes encierran, asimismo, la clave para el desafío de Stiesdal: deshacerse del enorme mecanismo de engranajes en las turbinas eólicas.

A mayor tamaño de imanes, más fácil resulta generar energía a velocidades más bajas.

Una corriente eléctrica se genera por inducción: los electrones se desplazan a medida que un imán se mueve a lo largo de una bobina de alambre. Cuanto más fuerte sea el imán, tanto más se mueven los electrones.

En uno de los enormes galpones de ingeniería de Siemens, debajo de la oficina de Stiesdal, me muestran una de las nuevas turbinas sin engranajes de la compañía.

Es mucho más compacta que las anteriores; el núcleo es un anillo de alrededor de cinco metros de diámetro, como una donut gigante, que encierra el eje.

Este anillo está lleno de 648 imanes de neodimio de 22 centímetros de largo cada uno, enlazados mediante otro elemento de las tierras raras, el disprosio, que los hace mucho menos propenso a desmagnetizarse.

Significa -y Henrik Stiesdal me lo dice con evidente orgullo- que el mismo poder energético puede lograrse sin ningún sistema de engranajes.

Dominio chino
El problema es conseguir las tierras raras que hagan esto posible.

Más del 85% de la oferta mundial viene de China y prácticamente el 100% de las tierras raras "pesadas"–en el extremo más lejano de la tabla periódica– también están en territorio chino.

Y, hasta hace poco, China no ha mostrado muchos escrúpulos ante las consecuencias que puede tener la extracción de tierras raras.

Es un negocio muy sucio. Se encuentran a menudo con elementos radiactivos como el torio y el uranio, y separarlos requiere una gran cantidad de productos químicos tóxicos.

Más del 85% de la oferta mundial de tierras raras viene de China.

Jack Lifton, fundador de la consultora Technology Metals Research (Tecnología de Investigación de Metales) y experto en tierras raras, describe cómo en China el proceso de extracción consiste en la lixiviación de los elementos.

Se inunda el terreno elevado con sustancias químicas, dice, y luego se precipitan los metales, dejando tras de sí un lago de fluidos residuales potencialmente cancerígenos.

En los últimos años, China ha estado tratando de "limpiar" la industria. Pero el gobierno no puede detener realmente la producción porque muchas de las industrias de alta tecnología que constituyen el corazón de la economía china dependen del abastecimiento de tierras raras.

La dependencia del resto del mundo quedó clara a fines de 2010 cuando China amenazó con restringir los suministros. El alza en los precios de algunas tierras raras llegó a ser del 3.000%.

Desde entonces los precios han caído, pero el choque fue suficiente para impulsar a las empresas a empezar a explorar la producción y a refinar las tierras raras en otras partes del mundo.

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