Reducir la dependencia de las tierras raras en Europa

Un grupo de científicos con el apoyo del proyecto ExtendGlass, financiado con fondos europeos, podría haber encontrado una nueva forma de fabricar los imanes de alto rendimiento que necesitamos para nuestras tecnologías de baja emisión de carbono. Este nuevo método, descrito en un estudio publicado en la revista «Advanced Science», elimina la necesidad de elementos de tierras raras, para los que Europa depende en la actualidad casi exclusivamente de China.

Los mejores imanes permanentes disponibles hoy en día contienen elementos de tierras raras cuya producción mundial está dominada por China. Esto ha suscitado preocupaciones por la continuidad del suministro de tierras raras a medida que aumentan las tensiones geopolíticas entre China y Occidente. «Existen yacimientos de tierras raras en otros lugares, pero las operaciones mineras son muy problemáticas: se necesita extraer una enorme cantidad de material para obtener una pequeña cantidad de tierras raras», explica el catedrático Lindsay Greer, autor principal del estudio, de la Universidad de Cambridge, anfitriona del proyecto ExtendGlass, en una noticia publicada en el sitio web de la universidad. «Entre las repercusiones medioambientales y la fuerte dependencia de China, se buscan de forma urgente materiales alternativos que no necesiten tierras raras».

Un sustituto muy prometedor de las tierras raras es una aleación de hierro y níquel denominada «tetrataenita», presente en los meteoritos. La tetrataenita se forma de manera natural a lo largo de millones de años, a medida que un meteorito se enfría progresivamente. Esto da tiempo a los átomos de hierro y níquel a constituir una estructura especialmente ordenada que da lugar a un material cuyas propiedades magnéticas se asemejan a las de los imanes de tierras raras.

Como esperar millones de años no era una opción, en los años sesenta del siglo pasado los científicos crearon tetrataenita artificial mediante el bombardeo de aleaciones de hierro y níquel con neutrones para obtener la estructura atómica deseada. Sin embargo, este método no es reproducible a escala industrial. «Desde entonces, los científicos han estado fascinados por conseguir esa estructura ordenada, pero siempre ha parecido un proceso que quedaba muy lejano», señala Greer.

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Belleza en la sencillez

Es decir, parecía muy lejano hasta ahora. El equipo de investigadores ha encontrado una posible solución que no necesita ni millones de años de enfriamiento ni irradiación con neutrones. El descubrimiento se produjo al investigar las propiedades mecánicas de aleaciones de hierro y níquel que contienen pequeñas cantidades de fósforo.

Como se explica en la noticia, el fósforo —que también se encuentra en los meteoritos— «permite que los átomos de hierro y níquel se muevan más rápidamente, lo cual les permite formar el apilamiento ordenado necesario sin esperar millones de años». El equipo mezcló hierro, níquel y fósforo en las cantidades adecuadas para acelerar en gran medida la formación de tetrataenita, de modo que el material se formó en tan solo unos segundos.

«Lo sorprendente fue que no se necesitó ningún tratamiento especial: fundimos la aleación, la vertimos en un molde y ya teníamos tetrataenita», comenta Greer. «Según lo que se creía antes en este ámbito, no se podía obtener tetrataenita a menos que se hiciera algo extremo, porque, de lo contrario, habría que esperar millones de años para que se formara. Este resultado constituye un cambio total en la forma de pensar sobre este material».

Aunque este método apoyado por la labor de ExtendGlass (Extending the range of the glassy state: Exploring structure and property limits in metallic glasses) puede resultar muy prometedor, todavía hay que seguir trabajando para determinar si es adecuado en el caso de los imanes de alto rendimiento. Según la noticia, los investigadores esperan colaborar con los principales fabricantes de imanes para probar su método.

Fuente: CORDIS