En entregas anteriores hemos mencionado el fuerte y directo -prácticamente natural- vínculo entre los materiales de nuestra tierra y la viabilidad y bienestar de los grupos humanos que lo hemos habitado.
En cuanto a la importancia actual del binomio minerales-tecnología, como antecedente de su origen podemos apuntar que el desarrollo del conocimiento científico explotó en el siglo XIX en parte debido a que la incipiente globalización comercial de ese tiempo comenzó a extenderse por todo el mundo de manera acelerada, y porque para ese momento ya existían y eran firmes las condiciones monetarias y comerciales para favorecer y hacer expeditas las actividades de carácter internacional. Esta condición requirió de incrementar la producción de bienes para conseguir satisfacer la dispareja demanda de consumo de bienes de las sociedades, por muy atrasadas que estuvieran. Esa demanda no dejó de crecer y estaba presente y aumentando en todo el orbe.
Antes de la mitad de los 1800s, las tasas de crecimiento del comercio internacional comenzaban a ubicarse por arriba de aquellas de la producción industrial. Eso mismo fué lo que incentivó las actividades científicas para buscar y conocer materiales que pudieran ser útiles y de interés económico ante la nueva circunstancia. Ésta circunstancia afectó directamente a la rama de la química por lo que en esos años se dió el descubrimiento de muchísimos minerales y sustancias que comenzaron a ser introducidos a los procesos primarios de producción masiva que auxiliaran a la producción industrial para cubrir su rezago frente a la fuerte dinámica comercial de entonces.
En la coyuntura de mediados del siglo XIX, algunos de los materiales que actualmente son fundamentales para la creación de dispositivos de alta tecnología -en la industria energética, médica, transporte y movilidad en general, y en telecomunicaciones, entre otros- fueron descubiertos o identificados los elementos químicos que se agrupan en las denominadas tierras raras y los minerales denominados zeolitas. En el presente, ambos materiales son tan importantes para las economías que no solo se identifican como commodities sino también se catalogan como elementos y/o minerales estratégicos y críticos.
Minerales estratégicos-Minerales críticos
En términos prácticos, cuando ciertos minerales son esenciales para la la economía y la seguridad de un estado que no es autosuficiente de ellos y en otro sentido dependiente de su abasto a través de su importación, éstos se denominan minerales estratégicos y críticos. En específico, los minerales estratégicos cumplen una función clave por su involucramiento en temas de defensa y seguridad (sobre todo en tiempos de guerra). Por lo anterior, estos recursos son incluidos en una lista, y a partir de ahí son cuidadosamente monitoreados respecto a su ubicación, conservación, distribución, control y, en lo posible, su adecuada cuantificación.
Si se va más a fondo en cuanto a las complejidades de las relaciones comerciales, económicas, financieras y de poder entre naciones, se reconoce que las relaciones de dominio y control de unos países frente a otros, éstas se han establecido secularmente en función de la etapa tecnológica del momento y de los recursos naturales con los que cada cultura cuenta. Con base en ello, y para su continuidad, cada país justifica y establece las actividades de evaluación y planeación de los recursos básicos ya referidos antes como commodities.
Para EUA por ejemplo, la lista que los identifica como minerales estratégicos y críticos aún se establece y evalúa cada 3 años en razón de la situación del avance de la tecnología y su demanda. Este par de factores condicionantes, junto con el descubrimiento de nuevos yacimientos estratégicos en los próximos tiempos habrán de modificar la frecuencia de la evaluación de la lista y su actualización. En contraste con lo que se hace en el país americano, en el Reino Unido, el período de revisión y actualización de la lista de minerales estratégicos y críticos es de un año.
Tal y como se mencionó con anterioridad, en el presente es tal la importancia de estos recursos naturales que se han vuelto una obsesión, a tal punto que los gobiernos del orbe, de ellos sobre todo los más ricos, crean agendas internas para procurar resolver el problema de su tenencia y administración en el momento y a futuro. Como ejemplo, el gobierno del Reino Unido tiene en su organigrama dentro del Departamento de Negocios, Energía y Estrategia Industrial, una oficina encargada del análisis de materiales y minerales estratégicos cuya falta o escasez pudieran afectar la viabilidad y continuidad de su industria doméstica.
En las listas de minerales estratégicos de los diversos países altamente tecnificados no faltan el oro, platino, hierro, cobalto, grafito, litio, estaño, tierras raras, níquel, iridio, vanadio, tungsteno, telurio, tántalo, antimonio y bismuto, entre otros.
Por lo que se refiere a los minerales críticos, éstos no solo son vitales para la industria, además se califican así por el riesgo en la afectación de abasto en la cadena productiva de bienes que integran alta tecnología, porque aún no es posible su sustitución y en razón de que su tasa de reciclado es baja. Cada país establece su política al respecto y define su propia lista en función de los recursos naturales con los que cuenta y ésto, a su vez, queda establecido en principio por la historia geológica de cada nación.
Zeolitas
Si en condiciones de escala micro (milésimas de milímetro), y de lo visible a lo macro (desde milímetros y más) se considera a las sustancias cristalinas de origen natural como materia sólida. En términos de otra cualidad conocida como empaque, lo mismo correspondería a que los minerales no son permeables o al menos no presentan huecos (poros). Así se conciben todos los minerales conocidos. En la naturaleza no hay tal contundencia física o apego a la condición señalada. Existe un grupo de minerales cuya estructura cristalina no se ajusta a lo anterior: las zeolitas.
Existen 37 zeolitas (del griego zeo: que hierve, y lithos: piedra) de las cuales las más importantes son: chabasita, natrolita, mordenita, mesolita, brewsterita, heulandita, thomsonita, clinoptilolita, phillipsita, laumontita, escolecita y estilbita. En un inicio, la nívea y delicada apariencia de las zeolitas (por ejemplo, su densidad prácticamente idéntica a la del agua y el hecho de que varias de ellas ocurren como arreglos de finas agujas) había disimulado las poderosas capacidades físicas y químicas que para la actividad industrial tienen. Lo mismo en el ramo medicinal y alimenticio como para las industria del petróleo, del transporte, ambiental, del manejo y tratamiento del agua, y en complejos y onerosos procesos químicos de laboratorio de alta tecnología, entre otros.
Este grupo de minerales tiene una estructura básica particular. Se trata del arreglo de aluminosilicatos en una estructura tetraedral. Esa estructura es favorable para cubrir un gran espacio interno, en el que se incorporan átomos de metales de gran radio iónico. Dada la altísima proporción de esta porosidad en la estructura básica y en la totalidad de cada zeolita, se identifica como espacio en forma de canales. Con la finalidad de evaluar el espacio bidimensional correspondiente a estos canales experimentalmente se determinó que en una cucharadita de zeolitas la superficie cubierta por los canales abiertos equivaldría a la superficie de un campo de fútbol.
Con base en lo anterior, conforman un grupo de minerales que tienen la singular capacidad de retener átomos en su estructura cristalina; en el extremo pueden incorporar moléculas en su espacio. Resulta que en ellas “caben” internamente metales y moléculas -de agua (H2O) y dióxido de carbono (CO2), entre otras. La capacidad “absorbente” de las zeolitas se debe a que su estructura cristalina está constituida por una porosidad uniforme de gran tamaño (molecular, y no inferior como aquel de los átomos).
Su origen es volcánico de última fase en entonces y en asociación con un medio acuoso en un ambiente de baja presión y temperatura (ambiente hidrotermal), como producto de divitrificación y como productos de alteración de otros minerales formadores de rocas ígneas extrusivas (feldespatos y nefelina). Se presentan también en medios sedimentarios de tipo autigénico (metamorfismo de muy bajo grado). Los metales integrados a su estructura cristalina son sodio, potasio, calcio, cesio, estroncio y bario.
Su utilidad, como en parte ya se ha mencionado, cubre un amplio espectro: desde procesos relevantes de la industria en general y hasta en actividades científicas relacionadas con la energía atómica. Sus principales usos se dan en los procesos catalíticos, de separación de gases y en el intercambio iónico. De ellos arranca la diversidad de usos en la extracción de metales pesados, limpieza de aguas residuales, como desecantes, y en una extensa lista de procesos químicos asociados a la petroquímica como la ruptura molecular catalítica de hidrocarburos (catalytic cracking), o la isomerización de tales compuestos -en la que se da una reestructuración química de la molécula de un hidrocarburo dado.
En función de su importancia en la actividad comercial e industrial detonada desde el siglo XX, pero también por su escasez, se hizo necesario sintetizar zeolitas. La investigación de materiales llevó a su fabricación en laboratorios de universidades europeas (específicamente de Escocia) para su producción sistemática posterior. Este desarrollo dió paso al diseño de zeolitas sintéticas por aplicación desde principios de los 1960s.
La industria petrolera que mejores resultados obtuvo con las zeolitas para su industria fue la gigante Mobil, que las investigó y posteriormente aprovechó extensivamente las propiedades de estos minerales en procesos conocidos como “catálisis por forma selectiva” que consisten en la combinación de las capacidades de separación-filtrado y de catalización aplicados luego extensivamente en esta industria. En la actualidad los avances tecnológico-científicos en zeolitas sintéticas apuntan hacia el desarrollo de aplicaciones a escala nano en varias ramas del conocimiento desde procesos de química orgánica, en lo concerniente al desarrollo de la energía del hidrógeno y hasta en la ingeniería molecular.
Tierras raras
Las denominadas tierras raras son un conjunto de elementos químicos metálicos que por su número atómico se ubican en las posiciones 57 a 71 (grupo de los lantánidos) de la tabla periódica. Son 17 elementos: el escandio e itrio, así como 15 que se ubican en las posiciones intermedias respecto al peso atómico del total de los 118 elementos químicos existentes.
Los lantánidos son: lantano, cerio, praseodimio, neodimio, prometio, samario, europio, gadolinio, terbio, disprosio, holmio, erbio, tulio, iterbio y lutecio. Entre ellas se dividen en tierras raras ligeras y pesadas. Estos elementos están estrechamente asociados entre ellos y con los elementos radiactivos uranio y torio.
Los minerales constituyentes de rocas formadoras de yacimientos de tierras raras (que son básicamente de origen ígneo, sedimentario y metamórfico), son xenotima (fosfato), monazita (fosfato) y bastnasita (carbonato). Los dos primeros ocurren en rocas ígneas como minerales accesorios de rocas graníticas, en rocas metamórficas gneísicas, en pegmatitas o cristalizando asociados a procesos hidrotermales de baja temperatura. Forman depósitos de placer (asociados a corrientes fluviales) que constituyen los depósitos más importantes de EUA (Idaho, Carolina del Sur y Florida), Brasil y África del Sur. El último mineral de mena de tierras raras mencionado ocurre en granitos alcalinos y pegmatitas, aunque también se han reportado depósitos hidrotermales de bastnasita en Canadá. La mina californiana Mountain Pass que explota y refina tierras raras ligeras de un yacimiento de bastnasita constituye un modelo de depósito mineral de clase mundial de este tipo.
Las particularidades de las tierras raras como metales estratégicos se basan en sus propiedades magnéticas, de fluorescencia, conductividad y capacidad de aleación o de combinación con otros metales como el hierro. Dada su escasez, su incorporación en diversos dispositivos de uso masivo en telecomunicaciones; tecnología miliar; energía; movilidad; medicina y para el desarrollo de las tecnologías de turbinas ecológicas de la nueva generación. Esta tecnología junto con otras también calificadas como “ecológicamente amigables”, casi por completo sustituirán en este siglo a la energía fósil.
El Servicio Geológico Británico (BGS) identifica únicamente siete países como productores de tierras raras: de ellos los más significativos son China, Myanmar, EUA, Malasia y Estonia. De acuerdo con estimaciones de las reservas totales de tierras raras por parte de la mayor potencia americana, al momento se cuantifican 120 millones de toneladas y con base en información de su servicio geológico (USGS), en números cerrados China controla 44 mil toneladas (Mt), Vietnam (22 ), Brasil (21), Rusia (21), India (7 ), Australia (4), propias (2). Al respecto, una información recién hecha pública señala que la Unión Europea (Suecia) acaba de descubrir un yacimiento de tierras raras en su región más septentrional (ártica) de un millón de toneladas (BBC, 12/01/2023).
El punto delicado del actual esquema mundial de estos elementos, según lo que reporta la Agencia Internacional de Energía (IEA), se basa en el hecho de que China ejerce una dominancia preocupante en cuanto a la extracción y procesamiento del total disponible de estos materiales. De las cifras disponibles de tierras raras China opera entre el 85 por ciento y 90 por ciento del procesamiento y/o producción y extrae un poco más del 70 por ciento del total. EUA, por su parte, se esfuerza por producir del total el 15 por ciento y participa en el mercado global con ventas por el mismo porcentaje de su producción (datos de 2021).
En cuanto a su participación en los sectores importantes del mercado global, China abasteció el año pasado el 98 por ciento de la totalidad de tierras raras del mercado de la Unión Europea. Por su parte, en ese mismo período EUA, realizó operaciones de compra de tierras raras procedentes de China para cubrir el 78 por ciento de sus importaciones totales.
Cabe advertir que las cifras totales de reservas mundiales de tierras raras (lo mismo que las de cualquier mineral o elemento, sea o no de carácter crítico, o más, de impacto crítico) resultan cambiantes, sino volátiles, dado que aún no se han reportado yacimientos de consideración en extensos territorios geológicamente apropiados para su ocurrencia en África, Asia o América latina.
Lo anterior implica que, para cualquiera de estas regiones, en cuanto se declaren existentes y su cuantificación sea importante y cumplan con la estricta normativa y debida diligencia para ello, las agencias nacionales avocadas al tema de los países que dominan su producción y refinación sugerirán a sus gobiernos la necesidad estratégica inmediata de ejercer presiones de todo tipo (económicas, financieras y hasta de tipo intervencionista militar) sobre aquellos países del caso, para lograr hacerse del control y procesamiento de dichos materiales. Lo anterior si se toma en cuenta que el Departamento de Defensa de EUA estimó con preocupación que recientemente la inversión china de 2017 a 2021 alcanzó 100 mil millones de dólares en el triángulo del litio (Argentina, Bolivia y Chile).
Al respecto de esto último, ver declaraciones de la comandante del comando sur del ejército de EUA -US Southern Command- que comprende todo Latinoamérica, cuyo perfil académico cubre una maestría en ciencias en Estrategia de Recursos Nacionales por la National Defense University´s Dwight D. Eisenhower School for National Security and Resource Strategy), Su asignación actual inició en la segunda mitad de 2021; su anterior tarea fue como comandante general del ejército norte (5o ejército)
