Come costruire un’economia circolare per i beni rari

Yong Geng è professore di gestione ambientale presso la School of Environmental Science and Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, Cina.

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Joseph Sarkis è professore di management presso il Worcester Polytechnic Institute, Worcester, Massachusetts, USA, e cattedra TEC-LOGd presso l'Université Polytechnique Hauts-de-France di Valenciennes, Francia.

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Raimund Bleischwitz è il direttore scientifico del Centro Leibniz per la ricerca marina tropicale (ZMT), Brema, Germania.

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Gli elementi delle terre rare possono essere estratti dai rifiuti elettronici. Crediti: Christophe Archambault/AFP tramite Getty

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Esiste una connessione chimica fondamentale tra molte delle tecnologie che alimenteranno la corsa verso l’azzeramento delle emissioni di carbonio. Le celle solari utilizzano neodimio, disprosio e terbio per convertire la luce solare in energia in modo efficiente. I diodi emettitori di luce dipendono dall'europio e dal disprosio per la loro luminescenza. Il neodimio e il samario sono gli ingredienti dei potenti magneti utilizzati nelle turbine eoliche e nei motori elettrici. Tutti questi elementi fanno parte del gruppo delle 17 "terre rare": i 15 lantanidi della tavola periodica, dal lantanio al lutezio, più scandio e ittrio.

La domanda di elementi delle terre rare (REE) sta crescendo rapidamente. Per produrre un megawatt di energia eolica, ad esempio, sono necessari circa 170 chilogrammi di terre rare1, sufficienti per alimentare circa 900 case nel nord-est degli Stati Uniti. Si prevede che l’uso globale di questi elementi aumenterà di 5 volte, passando da circa 60.000 tonnellate nel 2005 a 315.000 tonnellate nel 20301.

Eppure la loro disponibilità è limitata. Cina, Stati Uniti e Russia controllano il 56% delle riserve globali di terre rare e il 76% della loro produzione (vedi go.nature.com/3h1aeji e "L'aumento delle terre rare"). Per più di un decennio, la geopolitica, le conseguenze della pandemia di COVID-19 e ora la guerra hanno interrotto le catene di approvvigionamento globali e reso volatili i prezzi. Nel 2020 e nel 2021, alcuni prezzi delle terre rare sono triplicati o quintuplicati dopo quasi un decennio di relativa stabilità.

FONTE: Indagine geologica degli Stati Uniti

C’è una corsa geopolitica per controllare le risorse REE e per i paesi che vogliono spremere fuori altre nazioni. Il mercato REE è un gioco a “somma zero”, in cui il guadagno di una nazione o azienda corrisponde alla perdita di un’altra, senza alcun vantaggio netto.

Le industrie verdi negli Stati Uniti e in Europa si trovano ad affrontare la carenza di questi materiali cruciali poiché rinunciano alle esportazioni cinesi e russe per motivi politici. Molte nazioni stanno stimolando l’esplorazione e l’estrazione mineraria interna, limitando al contempo le fonti di importazione. Ad esempio, nel 2022, il Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti (DoD) ha assegnato un contratto da 35 milioni di dollari alla MP Materials Corporation, con sede a Las Vegas, Nevada, per la lavorazione di elementi pesanti delle terre rare nel sito di produzione dell'azienda in California. Nel gennaio 2023, la società mineraria statale svedese LKAB ha annunciato di aver trovato un vasto giacimento di terre rare, che ora è il più grande d'Europa.

Anche i mercati delle REE sono dispersi e inefficienti. Questi elementi sono beni di nicchia, prodotti e utilizzati in piccole quantità, principalmente da imprese di piccole e medie dimensioni, per lo più di proprietà statale, piuttosto che dai grandi conglomerati che controllano, ad esempio, la produzione di acciaio o alluminio. Le terre rare sono essenziali per molte tecnologie, come gli smartphone, ma il valore del mercato mondiale delle terre rare è solo lo 0,18% di quello delle materie prime petrolifere grezze, scoraggiando gli investitori (vedi go.nature.com/43avjku). In alcune parti del mondo, come il Myanmar, le terre rare vengono commercializzate illegalmente (vedi go.nature.com/43e4tzx).

Un’altra complicazione è che le terre rare non vengono estratte direttamente, ma di solito vengono estratte da minerali che sono sottoprodotti di altri tipi di estrazione mineraria, come la bauxite e il minerale di ferro. Eppure molti rifiuti minerari vitali non vengono trattati. La catena del valore delle terre rare consuma grandi quantità di energia e acqua e rilascia sostanze inquinanti ed emissioni di carbonio (vedi "Un'economia circolare nelle terre rare"). La raffinazione di un chilogrammo di ossido REE genera 40-110 chilogrammi di anidride carbonica (equivalente)2. La raffinazione di una tonnellata di ossido REE può produrre 1,4 tonnellate di rifiuti radioattivi, 2.000 tonnellate di materiali di scarto e 1.000 tonnellate di acque reflue contenenti metalli pesanti3.