Los elementos de tierras raras son componentes esenciales en la era de la información, fundamentales en tecnologías inteligentes, materiales de alto rendimiento y catalizadores industriales. Asegurar un suministro de estos metales se ha convertido en un asunto de seguridad nacional y económica. Sin embargo, su recuperación es un proceso complejo, peligroso y costoso.
Consciente de esta problemática, Justin Wilson, profesor del Departamento de Química y Bioquímica de la Universidad de California en Santa Bárbara, ha colaborado con la empresa de recuperación de minerales REEGen. «Hemos desarrollado un nuevo enfoque para extraer elementos de tierras raras de productos al final de su vida útil, como desechos electrónicos, baterías y convertidores catalíticos desechados», declaró Wilson.
Un avance en la recuperación de metales
La técnica, publicada en Communications Chemistry, combina la extracción de estado sólido con la química de precisión. El objetivo es que el reciclaje de elementos de tierras raras sea financieramente viable, logísticamente factible y ambientalmente sostenible.
Los elementos de tierras raras incluyen el escandio, el itrio y los elementos que van desde el lantano hasta el lutecio. Aunque su nombre sugiere que son escasos, en realidad no lo son tanto; la dificultad radica en obtenerlos en formas puras. La recuperación de estos metales a partir de depósitos geológicos o materiales de desecho es un proceso que implica múltiples etapas, desde la disolución de la materia prima hasta la separación individual de cada elemento.
El laboratorio de Wilson se centra en compuestos llamados quelantes, que se adhieren a los metales de forma similar a como una pinza coge una piedra. En 2024, su equipo sintetizó un quelante único, denominado G-macropa, que se une preferentemente a iones metálicos grandes, como los pesados elementos de tierras raras. Este avance permite separar diferentes elementos a temperatura ambiente sin depender de compuestos tóxicos y cáusticos.
El siguiente paso de Wilson consiste en concentrar los elementos de tierras raras de una mezcla que contiene muchos metales diferentes. Los científicos de REEGen han desarrollado microorganismos que producen ácidos orgánicos y bio-quelantes para extraer los metales de las corrientes de desechos.
Wilson se propuso crear un material sencillo que pudiera eliminar los iones de elementos de tierras raras de estas soluciones, de manera similar a como un filtro de agua elimina iones metálicos del agua del grifo. Su equipo logró adjuntar el quelante macropa a un andamiaje de resina, lo que permitió aumentar la concentración de elementos de tierras raras en un proceso que duplicó su cantidad de un 5% a más del 21% en términos de molaridad.
Adicionalmente, la inclusión de oxalato para eliminar hierro en exceso mejoró aún más este resultado, alcanzando una solución con casi un 59% de elementos de tierras raras. Un simple enjuague con ácido clorhídrico permite desprender los iones del marco, dejándolo listo para su reutilización.
La extracción de estos elementos es crítica, no solo por su uso en tecnología, sino también por el impacto ambiental que genera su obtención a partir de minerales crudos. Como señala Yangyang Gao, investigador postdoctoral en el laboratorio de Wilson, «estamos comprometidos a desarrollar estrategias limpias y ecológicas para la extracción y separación de elementos de tierras raras».
El equipo espera que su técnica produzca soluciones concentradas de elementos de tierras raras que puedan enviarse a empresas que los separen. A pesar de que algunas empresas han comenzado a extraer estos metales de desechos electrónicos, el reciclaje de tierras raras todavía se encuentra en una etapa incipiente.
El costo actual es un factor limitante, ya que la macropa es una molécula difícil de fabricar. Wilson y su equipo trabajan para capturar las propiedades de este quelante en otros más simples, así como para encontrar una resina óptima que mejore la eficiencia del proceso. Sin embargo, su progreso podría verse amenazado por recortes en la financiación pública, ya que este trabajo ha sido financiado por agencias que enfrentan importantes recortes.
La administración federal ha declarado que la producción interna de elementos de tierras raras es una prioridad, pero los recortes en las agencias que financian este trabajo podrían obstaculizar ese objetivo. Wilson advierte que «con recortes significativos en estas fuentes de financiación federal, el país podría verse perjudicado».
