Terre rare: cosa sono, dove si trovano, a cosa servono

Ufficio Studi Money.it

30/12/2021

30/12/2021 - 16:05

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Le terre rare sono il carburante del futuro? Cosa sono questi elementi chimici sempre più ricercati dalle potenze economiche per l’industria green e non solo. Dove si trovano e chi le produce?

Terre rare: cosa sono, dove si trovano, a cosa servono

Cosa sono le terre rare? Questi elementi chimici finora poco conosciuti nel panorama delle materie prime e dei metalli, oggi risultano tra i più ambiti dalle potenze economiche globali.

Se è vero, infatti, che l’high-tech, la digitalizzazione e la transizione energetica guideranno la ricchezza, lo sviluppo industriale e l’egemonia mondiale dei prossimi decenni, allora il gruppo delle terre rare non potrà che giocare un ruolo da protagoniste.

Ricercate da USA e Unione Europea e finora controllate dalla Cina, grazie a un vantaggio geologico, produttivo e di know-how scientifico senza eguali, le terre rare saranno il combustibile della rivoluzione tech-green del nostro avvenire.

Vediamo cosa sono, dove si trovano, a cosa servono e perché giocano un ruolo di spicco nella transizione energetica.

Cosa sono le terre rare? La spiegazione

C’è chi le ha definite “l’oro del XXI secolo”, mentre nel settore estrattivo e minerario qualcuno le chiama “vitamine o spezie”.

A testimonianza della loro importanza strategica, si narra che lo stesso Deng Xiaoping, architetto dell’economia cinese, si fosse riferito a questi elementi con l’espressione: “Il Medio Oriente ha il petrolio, noi i metalli rari.”

Cosa si intende, quindi, quando si parla di terre rare? Nel dettaglio, questo è il nome collettivo con cui si indicano 17 elementi chimici presenti all’interno della famosa tavola periodica.

Per gli amanti della chimica: di questi 17 elementi ben 15 sono lantanoidi (gli elementi che hanno un numero atomico compreso tra 57 e 71), mentre i restanti due sono lo Scandio e l’Ittrio (rispettivamente numero atomico 21 e 39).

Esistono poi due diverse classificazioni per le terre rare: quelle leggere (LREE) e le forme pesanti (HREE), in base alle specifiche configurazioni di elettroni all’interno di ciascun atomo.

Le terre rare leggere (LREE) sono:

  • La – Lantanio
  • Ce – Cerio
  • Pr – Praseodimio
  • Nd – Neodimio
  • Sm – Samario

Le terre rare pesanti (HREE) sono:

  • Eu – Europio
  • Gd – Gadolinio
  • Tb – Terbio
  • Dy – Disprosio
  • Ho – Olmio
  • Er – Erbio
  • Tm – Tulio
  • Yb – Itterbio
  • Lu – Lutezio
  • Y – Ittrio

Non bisogna lasciarsi ingannare dall’aggettivo raro: tali elementi non sono affatto scarsi nel mondo e tale qualificazione non deriva, in effetti, dalla quantità sul pianeta.

La diffusione di alcuni dei 17 elementi è pari a quella del rame o del piombo. La rarità, quindi, è legata a un altro concetto, precisamente alla loro bassa concentrazione nei giacimenti minerari.

Nello stato naturale le terre rare non si trovano assolute, ma mischiate con altri minerali, solitamente in piccole quantità. Di conseguenza, estrarli è molto difficile e richiede un processo piuttosto complesso.

Partendo dall’estrazione o separazione da un amalgama di roccia e minerali, vengono poi a formarsi i metalli, combinati in leghe e magneti. Il tutto con un procedimento di lavorazione, raffinazione e purificazione dei metalli che consuma molto calore, richiede acido, e diverse migliaia di cicli.

Per esempio, per ottenere un chilo di vanadio bisogna purificare otto tonnellate e mezzo di roccia, che diventano 50 tonnellate per un chilo di gallio e addirittura 200 tonnellate per un chilo di lutezio.

Tutto questo significa rilasciare acqua radioattiva, gas di scarico e altri rifiuti tossici.

A cosa servono le terre rare?

Uno sguardo attento e approfondito sulle terre rare ci fa comprendere la loro preziosità per soddisfare le esigenze del nostro vivere quotidiano.

Questi elementi giocano un ruolo primario per indurire, alleggerire e aggiungere resistenza, leggerezza, proprietà magnetiche e conduttive alle leghe.

Con alcune terre rare i motori delle auto elettriche hanno prestazioni più efficienti. Inoltre, sono necessarie per il funzionamento delle turbine eoliche, degli smartphone, di strumenti medici e addirittura di alcuni tipi di missili.

L’europio per esempio è presente nelle lampadine led a basso consumo e l’erbio è essenziale per le applicazioni laser e nelle fibre ottiche.

La peculiarità principale delle terre rare risiede nel magnetismo resistente alle alte temperature: per questa ragione sono indispensabili nella produzione dei prodotti tecnologici, ma non solo.

Uno dei campi in cui è più richiesto l’utilizzo di queste materie prime è il settore militare, dove i 17 elementi terre sono indispensabili per la produzione delle cosiddette “armi a energia diretta”: una classe di armamenti che comprende numerosi dispositivi capaci di indirizzare sui bersagli svariate forme di energia non cinetica. In sostanza, queste apparecchiature inviano sul target da colpire radiazioni elettromagnetiche, onde acustiche, plasma a elevata energia o raggi laser.

Storicamente, inoltre, le terre rare sono essenziali per l’industria petrolchimica nella scomposizione di grandi molecole in idrocarburi più piccoli adatti all’uso nei combustibili.

Dove si trovano le terre rare?

Secondo l’United States Geological Survey, il Paese più ricco di queste risorse al mondo è la Cina. Il dragone, che possiede circa un terzo delle riserve mondiali ovvero il 40%, resta leader globale per possesso di terre rare.

Pechino è seguito da Vietnam e Brasile, Russia, India, Australia, Groenlandia e Stati Uniti. La Cina, però, vanta anche il controllo della produzione, grazie non solo alla presenza degli elementi nel suo territorio.

La leadership cinese si è costruita anche sulle leggi meno severe in tema di rispetto dell’ambiente sul capillare know-how.

Secondo l’autorevole Geological Society of London, in termini di percentuale nella crosta continentale terrestre, il cerio è il più abbondante, con 43 parti per milione (ppm), seguito da lantanio (20 ppm) e neodimio (20 ppm), mentre l’elemento delle terre rare più raro è il tulio (0,28 ppm), ad eccezione del promezio, praticamente assente a causa della sua radioattività. La loro abbondanza, dunque, è paragonabile ad altri elementi importanti come il litio (17 ppm), il rame (27 ppm), lo stagno (1,7 ppm) e l’uranio (1,3 ppm).

Chi produce terre rare?

La Cina negli anni si è garantita un sostanziale monopolio nella fornitura mondiale di Terre rare soprattutto per la capacità di produzione e raffinazione.

Bayan Obo, regione della Cina settentrionale, è il giacimento di terre rare più grande del mondo. Costituito da tre corpi minerari principali si estende in lunghezza per 18 km, Bayan Obo costituisce il 50% della produzione di terre rare cinesi. Altri depositi più piccoli si trovano nelle province Shandong, Sichuan, Jiangxi e Guangdong.

Pechino controlla il 60% di produzione mondiale di questi elementi e ben quattro quinti della raffinazione a livello globale. Anche se i minerali sono estratti negli Stati Uniti, quindi, per essere utilizzati necessitano di lavorazioni specifiche che è in grado di offrire solo il dragone.

Negli USA c’è la storica miniera californiana Mountain Pass, tornata a funzionare nel 2018 dopo varie vicende e stop. Nel 2020 ha prodotto circa il 16% dell’offerta mondiale di terre rare.

E l’Europa? “Nella raffinazione dipendiamo per due terzi dalla Cina”, secondo Luca Franza, capo del programma su clima ed energia dello Iai.

Nello specifico, il nostro continente produce appena il 3% del totale mondiale di terre rare.

La transizione energetica e le terre rare

“Il passaggio a un sistema energetico pulito è destinato a determinare un enorme aumento del fabbisogno di...minerali, il che significa che il settore energetico sta emergendo come una forza importante nei mercati minerari”: così spiega l’Agenzia Internazionale dell’Energia.

Tra queste risorse sempre più necessarie per la rivoluzione green ci sono anche le terre rare. Per queste esse sono diventate il contendere della guerra commerciale mai finita tra USA e Cina.

In uno scenario che soddisfa gli obiettivi dell’Accordo di Parigi la domanda totale degli elementi delle terre rare è destinata a crescere del 40% in appena 20 anni.

Non solo, le stime di Banca Mondiale parlano di un balzo del 500% entro il 2050 nella produzione di minerali e metalli. L’ONU stima che 3 miliardi di tonnellate totali, dei quali 600 milioni dovranno di metalli rari saranno necessari tra decenni.

La spinta alla transizione energetica sta mettendo in moto la corsa al carburante del futuro. Se la rivoluzione industriale è stata possibile grazie al carbone e l’industrializzazione USA e non solo del novecento ha visto il petrolio come motore, ora il futuro high-tech e green sarà alimentato anche dalle terre rare.

Da questi 17 elementi dipendono lo sviluppo delle nuove automobili elettriche e le tecnologie per produrre e sfruttare l’energia solare ed eolica.

Per esempio, le terre rare sono essenziali per realizzare turbine eoliche a trasmissione diretta, efficienti e di facile manutenzione per le installazioni offshore su larga scala.

Nel settore automotive, i motori con magneti permanenti da terre rare sono considerati la scelta preferita per i vetture elettriche.

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