tierras raras: qué son y para qué sirven en la industria del coche eléctrico

En este artículo encontrarás:

• ¿qué son las tierras raras?
  
• elementos clave de las tierras raras y algunos usos
• las tierras raras en la industria automovilística
• la importancia de las tierras raras en la fabricación del coche eléctrico
• ¿es posible reducir el uso de tierras raras?

Las tierras raras llevan décadas dando de qué hablar. A medida que hemos integrado sus propiedades en diferentes patentes, industrias y productos, con énfasis en tierras raras para baterías e imanes de motores eléctricos, nos hemos ido dando cuenta de su potencial tecnológico, de sus ventajas en materia de eficiencia o aligeramiento de materiales, pero también del impacto que supone su uso masivo y de la necesidad de frenar su demanda.

Las llamadas tierras raras —a veces llamados lantanoides, metales de tierras raras u óxidos de tierras raras— son un conjunto de 17 elementos químicos que se localizan en el tercer grupo (familia del escandio) y en el periodo horizontal de los lantánidos (pero no los actínidos).

¿Qué no son las tierras raras? Curiosamente, las tierras raras no son ni 'tierras' o mezcla de elementos, sino elementos individuales; ni son tan raras en la corteza terrestre: el tulio y el lutecio, las tierras raras menos frecuentes, son 200 veces más abundantes que el oro. Lo que sí es difícil es encontrarlas de forma pura, ya que con frecuencia aparecen combinadas con otros elementos de los que hay que separarlos. Tampoco son elementos 'nuevos' en química: el neodimio se descubrió en 1885.

Precedido por su número atómico (número total de protones) y símbolo químico, el conjunto de elementos que componen las tierras raras son: (21 Sc) Escandio, (39 Y) Itrio, (57 La) Lantano, (58 Ce) Cerio, (59 Pr) Praseodimio, (61 Pm) Prometio, (62 Sm) Samario, (63 Eu) Europio, (64 Gd) Gadolinio, (65 Tb) Terbio, (66 Dy) Disprosio, (67 Ho) Holmio, (68 Er) Erbio, (69 Tm) Tulio, (70 Yb) Iterbio y (71 Lu) Lutecio. En la tabla periódica se han resaltado estos elementos para verlos con más claridad.

Durante las últimas décadas, las tierras raras se han hecho más y más populares debido a sus propiedades magnéticas o eléctricas únicas. Entre algunos ejemplos de uso de estos elementos tenemos:

• Los imanes hechos de tierras raras, como el imán de neodimio, son muchísimo más 'potentes', tienen un mayor grado de magnetización o producto energético medido en MGOe (Mega-Gauss-Oersted).
• Los láseres de granate de itrio y aluminio (YAG), que se usan en televisores, superconductores, filtros de microondas o bombillas de bajo consumo.
• Con el lantano se fabrican vidrios de alta refracción para la fabricación de lentes o ventanas mejor aisladas.
• El gadolinio es un elemento crucial en ámbitos como la medicina porque con él se pueden fabricar agentes de alto contraste para resonancia magnética o tubos de rayos X. Pero también mejores memorias digitales.
• El lutecio se usa con frecuencia como componente esencial de la bombilla LED, que tantas emisiones ha ahorrado a la atmósfera, así como en catalizadores en refinerías con objetivos similares.
  

¿Cómo ha aprovechado la industria automovilística la investigación en tierras raras? Principalmente, como elementos de transición hacia la electrificación del sector y la reducción de emisiones. Con datos de 2020, el transporte (16,2% de las emisiones mundiales) sigue siendo una de las mayores fuentes de emisiones, especialmente el que se realiza por carretera (11,9%). 

Lejos de llevar una tendencia positiva, el transporte doméstico sigue aumentando emisiones porque los combustibles fósiles representan el 96% de la energía consumida en el transporte por carretera. ¿Pueden las tierras raras invertir la tendencia? Lo cierto es que pueden ayudar.

Las tierras raras son elementos claves para la popularización del vehículo eléctrico, gracias a sus múltiples ventajas relativas a la aligeración de los materiales, el aumento de densidad energética de las baterías, densidad de potencia y par elevadas del motor eléctrico; así como otros usos más horizontales como pudiera ser la mejora de los chips o las pantallas del vehículo.

• Aligeran el vehículo eléctrico: la masa total del coche eléctrico está determinada por la suma de pesos del motor, la batería, la carrocería, los sistemas de seguridad y finalmente el embellecido interior. Centrándonos en la batería, el uso de tierras raras ayuda a aumentar la densidad energética, lo que sirve tanto para reducir el peso total del vehículo para la misma carga o para aumentar la carga para el mismo peso. Algo similar ocurre en el motor eléctrico, cuyos imanes permanentes fabricados mediante aleaciones con tierras raras pesan y ocupan mucho menos que sus homólogos hechos de materiales magnéticos como ferrita.
• Mejoran la densidad de la potencia: la densidad de potencia es la cantidad de energía que es capaz de entregar una batería dada. En este sentido, las tierras raras ayudan no solo a aumentar esta magnitud, lo que permite cargas rápidas más eficientes (con menos pérdidas) y en menos tiempo; sino que también ayudan a hacerlas más estables, alargando la vida de los componentes de la batería con el tiempo.
• Tierras raras para un mejor par motor: los motores fabricados con imanes de tierras raras pueden alcanzar niveles de eficiencia por encima de los fabricados con materiales convencionales, lo que arroja una mejora de entrega de par y por tanto un uso más óptimo de la energía tanto en carga como en descarga.
• Ayuda en la fabricación de elementos adicionales: además de estos componentes básicos de la industria automovilística, las tierras raras son una ayuda en la fabricación de pantallas o chips de menor consumo, más fiables, con una vida útil más larga y más fiables.
• Reciclaje de materiales: hace tres décadas, las tierras raras eran irrecuperables. No había forma de extraerlas de nuevo de los materiales en los que se incluían. Sin embargo, eso ha ido cambiando y ahora la tasas de recuperabilidad no dejan de aumentar gracias a nuevas tecnologías para favorecer el reciclaje.

El uso de tierras raras no está exento de problemas. Su extracción es compleja y de impacto ambiental cuestionable, y además la fabricación con estos materiales deja a Europa más vulnerable a ser dependiente de China. Es por ello que, al tiempo que se investiga con tierras raras, también se realizan experimentos para, curiosamente, buscar propiedades similares pero reduciendo la masa de tierras raras en cada vehículo.

En Europa hemos tenido bastante éxito a la hora de ir reduciendo la fracción de tierras raras en la elaboración de algunos componentes, y vehículos como el Megane E-Tech 100 % eléctrico hacen uso de bobinas de cobre que excluye el uso de tierras raras en su fabricación logrando prestaciones similares a motores de tierras raras equivalentes.

sobre el autor

Marcos Martínez

periodista especializado en motor