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Terre rare, litio e altri materiali preziosi

L'uomo ha sempre identificato alcuni materiali come preziosi, per la loro scarsa disponibilità o per il lavoro richiesto per estrarli o utilizzarli; materiali come alcuni metalli (l'oro in particolare), le spezie o anche il comunissimo sale sono stati utilizzati nei secoli come merce di scambio o bene rifugio.

Con l'avvento dell'elettronica nuovi materiali sono entrati a far parte del ristretto cerchio dei materiali "preziosi", e spesso sono argomento di dibattito per le implicazioni sociali e ambientali che la loro lavorazione può causare.

Questo articolo è nato dalla lettura di un articolo (rif.[1]) che mi ha incuriosito.

Indice

Le terre rare

Le terre rare sono in realtà diciassette metalli dai nomi difficili, sconosciuti fino a qualche decennio fa e ora sempre più importanti per le nuove applicazioni (principalmente in elettronica).

Il nome non deriva da una loro effettiva rarità, ma dal fatto che sono presenti in bassa concentrazione nei depositi naturali, con concentrazioni in peso inferiori al 5%, e richiedono quindi elevati costi di estrazione e raffinazione.

Le terre rare hanno una modesta tossicità, e molte in forma di polvere sono altamente incendiabili.

La tabella seguente ne elenca alcune proprietà e gli usi più interessanti.; il prezzo riportato (IVA esclusa) è tratto dal rif.[3] e serve a dare solo un'idea della rarità e della difficoltà di raffinazione dell'elemento.

Si tratta di un prezzo di vendita per piccole confezioni, per chi volesse farsi la collezione di terre rare; il costo sul mercato è probabilmente 10 volte inferiore.

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L'etimologia dei nomi è riportata in [2], da notare che diversi (Scandio, Ittrio, Terbio, Erbio, Itterbio) prendono il nome dal villaggio di Ytterby, in Scandinavia, dove Carl Axel Arrhenius trovo nel 1787 il primo minerale di terre rare, la itterbite o gadolinite, che successivamente fu analizzata dal prof. Johan Gadolin. Fu lui a dare a quel miscuglio di ossidi sconosciuti il nome di "terre rare", ignorando si trattasse in realtà di sostanze abbondanti sulla crosta terrestre.

Nel 1803 furono estratti i primi due elementi, l'ittrio e il cerio. L'ultimo, il lutezio, fu scoperto solo nel 1907 a causa della difficoltà di separare elementi chimicamente molto simili tra loro.

Importanza strategica e produzione attuale

Poche persone si rendono conto dell'importanza delle terre rare sulla vita quotidiana: oggi qualsiasi componente tecnologico ne contiene fino all' 1-5% in peso, e si arriva fino al 25% di neodimio contenuto nei magneti permanenti.

Uno degli oggetti che ne fa maggiormente uso è l'automobile, con le sue dozzine di servomotori elettrici, gli altoparlanti, i sensori di carburazione, la marmitta catalitica, i fosfori degli schermi e i cristalli. Anche benzina e gasolio vengono raffinati usando catalizzatori a base di terre rare. Nelle auto ibride ed elettriche si aggiungono le batterie NiMH e quelle al litio.

L'elevato costo di estrazione rende l'attività remunerativa solo con basso costo della manodopera o sussidi statali. La Cina ha iniziato la produzione su larga scala di terre rare nel 1985, sfruttando il giacimento di Bayan Obo (Mongolia) scoperto nel 1927, e sorpassando gli USA l'anno successivo per quantità prodotta. Nel 1992 Deng Xiaoping affermò che "se i paesi arabi hanno il petrolio, la Cina ha le terre rare". La Cina produceva ormai il 90% delle terre rare, e questo monopolio aveva causato la chiusura di molte cave nei paesi occidentali.

Nel 2010 la Cina, che aveva raggiunto il 97% della produzione mondiale, annunciò la riduzione del 40% della quota di terre rare destinate all'esportazione; la motivazione di facciata era data da motivi ambientali, ma si trattò evidentemente di un atto di protezionismo che avvantaggiava le proprie imprese utilizzatrici. Dopo 5 anni di dispute l'Organizzazione Mondiale del Commercio riuscì a imporre alla Cina la rinuncia a tale riduzione. Nel frattempo i prezzi di produzione erano saliti al punto da giustificare la riapertura di vecchie cave in occidente, ma dopo pochi anni molte di queste attività fallirono a causa dell'abbassamento dei prezzi di vendita operato dai produttori cinesi.

Le due figure seguenti (tratte da [1]) mostrano l'evoluzione della produzione negli anni e la situazione attuale.

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La produzione cinese nel 2017 è ammontata a 105000 tonnellate (+10-15000 prodotte clandestinamente), pari all'81% della produzione mondiale. I consumi interni cinesi potrebbero aumentare dalle 90000 tonnellate del 2014 a 150000 nel 2020.Il monopolio de facto cinese espone le industrie degli altri paesi (in particolare USA, Giappone ed Europa) ad un rischio notevole in caso di decisioni unilaterali.La Cina ha quindi in mano un'arma potente per rafforzare la sua posizione negoziale e la sua capacità militare.

Il litio e altri elementi e composti tecnologicamente strategici

Altri elementi vengono citati frequentemente quando si parla di nuove tecnologie, provo ad elencarne alcuni.

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In particolare il litio viene spesso citato come un grosso problema a causa del suo uso crescente nelle batterie. Ricordo che lo sfruttamento del litio ([6]) ha subito drastici cambiamenti, partendo da un uso nei lubrificanti (1940 circa) per poi passare ad un uso nelle armi nucleari (durante la guerra fredda), nella produzione di vetro (fino al 2000 circa) e solo recentemente nelle batterie, uso diventato dominante dal 2007. La figura riporta le proporzioni dei vari utilizzi nel 2011, le percentuali attuali per la produzione di batterie e ceramiche/vetro sono passate rispettivamente al 39% e al 30% [5].

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Sia il costo (ricordo che nel rif[3] i costi sono molto più elevati di quelli di mercato) sia la disponibilità elevata fanno a mio avviso del litio un "falso problema", per lo meno non si tratta di un materiale destinato ad esaurirsi e diventare scarsamente disponibile.

I materiali più rari e costosi

Per curiosità ricordo brevemente altri materiali estremamente costosi, dai classici oro e platino ai diamanti, spesso causa di uno sfruttamento senza scrupoli di ambiente e minatori e di vere e proprie guerre civili (Sierra Leone, 1991-2002). Da siti internet si ricavano i 10 metalli più costosi (la graduatoria ovviamente cambia nel tempo):

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Tra le sostanze più costose in assoluto per curiosità (senza pretesa di quotazioni a prova di investimento) cito il californio (27 milioni di $/g), i diamanti (55000$/g) il trizio (30000$/g) la tainite e la painite (gemme rara, da 2000 a 20000$/g), il plutonio (4000$/g),l'LSD (3000$/g), la cocaina (210$/g), l'eroina (130$/g), le metanfetamine (110$/g), il corno di rinoceronte (110$/g), alcune spezie (es lo zafferano, 11$/g).

Il costo sociale ed ambientale

Frequentemente i materiali citati hanno un costo elevato, che rispecchia un altrettanto elevato costo sociale ed ambientale.

Infatti le attività estrattive in generale vengono effettuate principalmente in paesi meno democratici, dove il costo del lavoro è minore e la sicurezza ben lontana dai nostri standard, e dove a volte vengono sfruttati persino i bambini.

Inoltre spesso nelle attività estrattive vengono usati acidi e solventi molto inquinanti, con gravi conseguenze sull'ambiente.

Non di rado infine questi materiali sono causa di veri e propri conflitti e guerre civili (diamanti in Sierra Leone, coltan in Congo).

Il nostro sistema produttivo, mirato ad una continua riduzione dei costi, ha portato di fatto ad una "esternalizzazione della schiavitù".

Il futuro dipenderà anche dalla nostra capacità e volontà di cambiare il modello di sviluppo, attualmente basato su questo sfruttamento di persone e territori lontani dalle imprese e dai consumatori che utilizzeranno i beni prodotti; una soluzione ipotizzata è quella basata sulla introduzione di dazi anti-dumping, che penalizzino le filiere che non rispettano determinati standard sociali ed ambientali permettendo il superamento della logica del massimo ribasso.

Conclusioni

Devo ammettere che uno dei motivi che mi ha spinto a scrivere questo articolo è il fatto che spesso i veicoli elettrici ed altre tecnologie "verdi" vengono accusati di avere un impatto notevole su ambiente e popolazioni, si veda per esempio il rif.[5].

Ho voluto quindi riassumere, senza pretese di completezza, alcune caratteristiche dei materiali importanti per lo sviluppo e la produzione delle nuove tecnologie, ricordando brevemente alcune conseguenze della loro lavorazione.

Ma spero anche di essere riuscito ad evidenziare il fatto che questi materiali sono diventati strategici ben prima dell'avvento di molte tecnologie verdi (auto elettriche, pannelli solari e altro).


Non credo sia necessario ricordare le conseguenze causate dall'estrazione, raffinazione e utilizzo del petrolio per concludere che qualsiasi attività umana ha dei costi, e andrebbe effettuata con criterio valutandone le conseguenze, ma senza attribuire alle nuove tecnologie verdi conseguenze ambientali e sociali che in realtà derivano dal nostro modello di sviluppo e sono drammaticamente presenti dai primi anni del secolo scorso.


Riferimenti

[1] Angelo Richiello: Metalli al potere, Espresso del 18/3/2018

[2] Wikipedia - terre rare

[3] Novaelements - prezzi IVA esclusa

[4] legor - quotazione metalli prezzi rilevati il 6/4/2018

[5] Occhi della guerra: petrolio del futuro

[6] Wikipedia - Litio

Per chi fosse interessato ad altri articoli sugli argomenti da me trattati (LED, veicoli elettrici, risparmio energetico, gestione batterie e altro) segnalo questo mio articolo che riassume e riporta il link a tutti i miei articoli:

Indice articoli

Buona lettura!

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Commenti e note

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di ,

Grazie dell'apprezzamento!

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di ,

Ottimo articolo: tempo fa avevo letto un libro sulle commodities Risorse scarse: questa è la chiave

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di ,

grazie del link! Nell'articolo avevo accennato al fatto che non sono "rare" (non tutte per lo meno) e che quando la Cina ha forzato la mano le attività estrattive erano riprese in altri paesi, cmq il tuo link approfonsice per chi vuole andare più nel dettaglio

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di ,

Interessante questione. Segnalo un articolo (aprile 2018) che smonta certi miti sull'argomento. https://www.theverge.com/2018/4/17/17246444/rare-earth-metals-discovery-japan-china-monopoly

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di ,

ehhh magari ahahahhahh

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di ,

Ma se si riciclassero le auto a benzina o diesel e si producessero solo elettriche, col riciclo di cosi tante auto dovremo estrare moltissimo meno materiale quindi obblighiamo alla produzione di sole auto elettriche.

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di ,

Aah ok, stavo leggendo male ma tabella.

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di ,

Di sicuro lo disse il prof. Lucio Braicovich al corso di Fisica III al Politecnico di Milano, citando qualche scienziato di cui non ricordo il nome.

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di ,

Nonoooo al grammo! Ma spiego meglio però... Il rif [3] mi aveva incuriosito e l'ho usato perchè vendono tantissimi elementi della tavola periodica. Ma sono confezioni "da collezionisti", insomma con costi elevati di packaging e gestione. Per alcuni metalli ho trovato altri prezzi più "all'ingrosso" (rif[4]) riportati nella tabella 3, minori dalle 4 alle 10 volte ma comunque elevati. Si tratta di quotazioni, quindi immagino sia grosso modo il costo pagato da un grosso acquirente. Le "terre rare" sono comunque mediamente costose per la loro diluizione nei minerali dai quali vengono estratti, alcune sono molto costose per l'effettiva "rarità"

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di ,

Grazie, non ero sensibile al problema. Comunque la tabella 3 mi sembra esagerata. Sicuro non si tratti di €/Kg?

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di ,

Questa mi mancava, chi lo disse? PS: grazie Zeno per l'immagine principale, molto più simpatica dei miei mucchietti di ossidi :-)

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di ,

E come diceva uno scienziato atomico: "I gas nobili li ha inventati Dio, le terre rare il demonio".

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