Extraños elementos de la Tierra, incluyendo neodimio e itrio, en realidad no son raros, más comunes, De hecho, en la corteza terrestre que el cobre y el estaño. Pero, porque están muy dispersos, y difícil de separar de los minerales circundantes, extraerlos y refinarlos es difícil.

Las tierras raras son valiosas también. Tienen propiedades únicas que los hacen útiles en productos energéticos y electrónicos modernos. Los vehículos eléctricos y las turbinas eólicas necesitan motores y generadores eléctricos de alto rendimiento, que a su vez requieren fuertes imanes hechos de neodimio y disprosio. Itrio, el terbio y el europio son fundamentales para las pantallas a color de bajo consumo energético en portátiles, pantallas de teléfono celular y TV. El lantano es fundamental para las lentes de cámara de alta calidad, y el cerio actúa como catalizador en convertidores catalíticos de automóviles. Los investigadores buscan alternativas y sustitutos, pero no está claro que haya alguno.

La mayoría de las tierras raras, el 85 por ciento del suministro mundial, se producen en China. La última mina de tierras raras de EE. UU. Cerró en 2015, dejar al país dependiente de las importaciones y vulnerable cuando, como sucedió en 2010, China detuvo todas las exportaciones de tierras raras en un conflicto comercial.

El hecho de que una guerra comercial pueda volver a cortar el suministro de tierras raras ha llevado a algunas personas a considerar la reapertura de las minas estadounidenses. Pero nuestra investigación ha identificado otra posibilidad:extraer tierras raras de las cenizas de carbón, un producto de desecho abundante con concentraciones relativamente altas de estos elementos clave.

Ceniza de carbón como fuente

Como subproducto de la quema de carbón para producir electricidad, Estados Unidos produce casi 80 millones de toneladas de ceniza de carbón al año. Aproximadamente el 43 por ciento de eso se usa como ingrediente en el cemento y para enriquecer el suelo con macro y micronutrientes. El resto va a rellenos sanitarios o se mezcla con agua y se almacena en pozos a campo abierto llamados estanques de contención.

Esa ceniza de carbón contiene cantidades razonables de tierras raras, particularmente escandio y neodimio. En cenizas de algunos tipos de carbón, las concentraciones de tierras raras son hasta 100 veces más altas que cuando se encuentran naturalmente en la corteza terrestre.

Investigar, financiado en parte con dinero del gobierno, ha encontrado al menos tres formas de extraer tierras raras de las cenizas de carbón, aunque ninguno es comercialmente viable todavía. Los dos primeros métodos, utilizando ácidos y bacterias especiales, son demasiado costosos o requieren demasiado tiempo y, por lo tanto, es poco probable que sean prácticos a escala industrial.

Una tercera ruta, que explora nuestra investigación, utiliza calentado, dióxido de carbono comprimido para disolver y extraer selectivamente los elementos de tierras raras. Esta forma de dióxido de carbono, llamado "supercrítico, "tiene varias aplicaciones, incluso en la industria alimentaria, eliminar la cafeína de los granos de café.

Usando dióxido de carbono

Nuestra investigación ha encontrado una ruta potencial hacia la rentabilidad para extraer tierras raras de cenizas de carbón utilizando dióxido de carbono supercrítico. Todavía hay desafíos importantes, aunque.

Primero, el proceso necesita otros productos químicos. El dióxido de carbono es relativamente barato, pero no puede ayudar a que las tierras raras se agrupen y se separen de los otros elementos en las cenizas de carbón. Hacer eso probablemente requerirá un químico costoso como el fosfato de tributilo. Los investigadores deberán encontrar formas de utilizar la menor cantidad posible de eso para mantener bajos los costos.

Segundo, el proceso debe ser especialmente eficaz para extraer escandio y neodimio, que son particularmente valiosos. Muchas cenizas de carbón tienen muchos de esos elementos, pero no todos, lo que plantea el tercer desafío.

Algunas fuentes de carbón, y por lo tanto la ceniza cuando se quema ese carbón, tienen más tierras raras que otras. Descubrimos que el valor de las tierras raras en una sola tonelada de ceniza de carbón puede variar de 99 dólares en una planta de carbón en Ohio a 534 dólares en una planta de Virginia Occidental. Dado que se espera que los costos de extracción oscilen entre $ 380 y $ 1, 200 por tonelada, no todas las cenizas de las plantas de carbón serán un lugar rentable para encontrar tierras raras.

Lidiar con las sobras

Una vez que se extraen las tierras raras siempre que sea posible, y rentable, el resto de las cenizas de carbón no necesitaría manipularse de manera diferente a como ya lo es. Pero ayudaría a la industria del carbón a dar un paso hacia una "economía circular, "en el que todo lo que un proceso genera como residuo se puede utilizar como materia prima en otro proceso. Además, el dióxido de carbono y otros productos químicos necesarios para la extracción de tierras raras se pueden reutilizar, Reducir el desperdicio del proceso en sí.

Este método le daría a la industria del carbón un flujo adicional de ingresos, lo que probablemente no revertiría su declive. pero podría darle al carbón un papel estratégico diferente en la economía del país, incluso cuando termina su uso como fuente de energía.

Este artículo se ha vuelto a publicar de The Conversation con una licencia de Creative Commons. Lea el artículo original.