L’avanzamento dell’industria tecnologica porta con sé il problema della generazione di una categoria di rifiuti ad alto impatto ambientale. Ad accompagnare questo problema c’è una ricerca sempre maggiore di metalli di difficile estrazione come i REE (Rare Earth Elements) di cui parleremo in questo articolo.

I metalli svolgono un ruolo chiave nelle tecnologie emergenti, ma l’aumento crescente della domanda può costituire un rischio per la loro fornitura nel prossimo futuro.

Nell’industria tecnologica ci sono metalli di cui si sente parlare spesso, come il Litio, l’Indio, il Gallio o lo Stagno, mentre una scarsa attenzione è riservata ai metalli definiti “Terre Rare” (REE).

Gli elementi delle Terre Rare sono 15 lantanidi (Lantanio, Cerio, Praseodimio, Neodimio, Promezio, Samario, Europio, Gadolinio, Terbio, Disprosio, Olmio, Erbio, Tulio, Itterbio, Lutezio) a cui si aggiungono Scandio (Sc) e Ittrio (Y), associati ai lantanidi per proprietà chimiche simili.

Il nominativo “Terre Rare” potrebbe trarre in inganno, in realtà non si tratta di materiali di rara reperibilità bensì di metalli diffusi sulla superficie terrestre (soprattutto in Cina, Stati Uniti, Vietnam, Brasile, Russia e Australia) ma di difficile identificazione, estrazione e lavorazione.


Fonte: https://sciencenotes.org/

Ma perché in futuro crescerà l’attenzione su questi elementi?


La domanda di REE vede una crescita da 3 a 7 volte tra il 2021 e il 2040. L’USGS (United States Geological Survey) ha stimato la produzione globale di REE pari a 240.000 tonnellate nel 2020 (Fujita Y. et al., 2022) e 280.000 tonnellate nel 2021 (www.sciencenews.org).

L’aumento della richiesta di REE dipende dal loro crescente utilizzo in vari settori dell’economia, tra cui l’elettronica, le raffinerie di petrolio, la generazione e lo stoccaggio di energia a basse emissioni di CO₂, le tecnologie mediche e di difesa, batterie, magneti, turbine eoliche e pannelli fotovoltaici, auto ibride ed elettriche e dispositivi elettronici personali (smartphone, touchscreen, hard disk dei computer, schermi LCD).

Questo perché le REE hanno proprietà fisiche e chimiche distintive che attribuiscono ai prodotti finali in cui vengono impiegate caratteristiche magnetiche, di luminescenza e resistenza.


Fonte: www.heraeus.com

Il riciclo di REE


Data la tendenza attuale, è facile prevedere che nel prossimo futuro l’offerta dei REE non sarà in grado di soddisfare la domanda. Per questo motivo è fondamentale l’implementazione di tecnologie di riciclo efficienti e a ridotto impatto ambientale che consentano di non disperdere materiali preziosi.

Quando un prodotto di uso finale non è più adatto allo scopo per cui era stato progettato, diventa “EoL” (End-of-life product). I prodotti EoL vengono raccolti, selezionati e separati in modo da agevolarne il recupero metallurgico da cui verranno generati metalli o leghe metalliche. Questi ultimi verranno, infine, trasformati in vari prodotti in base alle diverse esigenze.

In linea di principio, dai rottami, possono essere recuperati quasi tutti i metalli e/o relative leghe. Tuttavia, va detto che metalli diversi richiedono percorsi metallurgici diversi. Per i rottami meno puri il processo di recupero è molto più complesso. Le terre rare, infatti, vengono spesso mescolate con altri metalli nei touch screen o in prodotti simili, rendendone difficile la loro rimozione.

“In Europa è pratica comune riciclare dal 15 al 70% di metalli come ferro, rame, alluminio, nichel e stagno, ma, degli elementi che rappresentano terre rare presenti nei vecchi prodotti, viene riciclato solo l’1%” afferma Simon Jowitt, geologo economico dell’Università del Nevada, a Las Vegas.

Le attuali tecnologie, infatti, tendono a concentrarsi sul riciclo di prodotti EoL ad alto valore economico, ignorando i metalli il cui riciclo risulta più complesso e dispendioso in termini economici ed ambientali.

Gli ostacoli principali sono da attribuire ad una raccolta spesso inefficiente (o inesistente) e ad alti costi di recupero.

I prodotti sono sempre più complessi e mescolano forme metalliche diverse tra loro con altri materiali. Questo genera problemi in fase di riciclo poiché quando si tenta di recuperare i metalli, uno di questi può distruggerne o disperderne un altro.

L’approccio più comunemente impiegato per l’estrazione delle REE nella fase acquosa avviene tramite l’uso di acidi minerali (es. acido cloridrico) e molto calore, quindi molta energia. Inoltre, la mineralizzazione delle REE è spesso arricchita di elementi come U (Uranio) e Th (Torio), quindi genera rifiuti radioattivi.

Dunque, è facile capire che l’elevato costo del recupero e l’impronta ambientale, dato il basso rendimento delle terre rare, potrebbero disincentivare lo sforzo. Un disco rigido, ad esempio, potrebbe contenere solo pochi grammi di metalli rari.

Proprio per questi motivi è importante la ricerca di nuove soluzioni. Partendo da rifiuti elettronici misti, sarebbe importante accoppiare il recupero dei REE con altri metalli di base (Cu, Sn, Zn) al fine di rendere il recupero economicamente più sostenibile e compensare i costi di riciclo. Questo tipo di approccio oltre a garantire il recupero di una frazione maggiore del contenuto totale di metallo, offrirebbe anche prestazioni ambientali migliori, dovute alla riduzione del consumo chimico ed energetico (elettricità), rispetto alle alternative pirometallurgiche e idrometallurgiche.

Un aspetto positivo riguarda gli incentivi. Infatti, nonostante il riciclo di REE occupi ancora una posizione marginale nel settore del riciclo metallico, contestualmente all’atteso divario tra domanda e offerta nel futuro, si prevede un aumento degli incentivi per il riciclo delle terre rare e lo sviluppo di nuovi approcci su misura per il recupero da prodotti EOL o fonti secondarie.



Fonte: Chen W. et al., 2022

In conclusione, è facilmente intuibile che la domanda di REE è destinata ad aumentare ulteriormente, data la necessità di questi metalli nella transizione globale digitale ed ambientale. Ciò implicherà un aumento della produzione di terre rare che porta con sé lo sviluppo di nuovi metodi di estrazione e l’implementazione di sistemi di riciclo efficienti ma soprattutto sostenibili. A partire dalla progettazione di nuovi prodotti, sarebbe importante evitare il più possibile miscele di metalli critici incompatibili e sviluppare sistemi di co-recupero di metalli REE e di metalli di base.


Fonti:
Fujita Y., Ginosar D, McCall S.K., 2022, “Recycling rare earths: Perspectives and recent advances”, MRS Bulletin, Vol. 47, pag. 283–288, 2022 ;
Chen W., Chen W-Q., Dai T., Li F-Q., Wang P., Wen B., 2022, “Exploring recycling potential of rare, scarce, and scattered metals: Present status and future directions”, Sustainable Production and Consumption, Vol. 30, Pag. 988-1000, March 2022;
www.sciencenews.org


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Maria Francesca Di Blasio
Written by Maria Francesca Di Blasio