Un misterioso metallo cosmico può risolvere la crisi delle terre rare

I metalli delle terre rare sono destinati a diventare i protagonisti della “rivoluzione verde” poiché forniscono magneti ad alte prestazioni utilizzati nelle infrastrutture rinnovabili come turbine eoliche, elettrodomestici ad alta tecnologia e auto elettriche. Tuttavia, mettere le mani su questi materiali tanto ricercati non è sempre facile. Fortunatamente, potrebbe esserci una soluzione sotto forma di un metallo misterioso solitamente creato nello spazio.

Nonostante il loro nome, i metalli delle terre rare non sono esattamente rari, ma sono sparsi sulla crosta terrestre in concentrazioni relativamente basse. L’estrazione mineraria può, quindi, essere complicata e comportare rischi ambientali.

Allo stato attuale, la Cina domina il mercato, rappresentando circa l’81% delle terre rare acquistate in tutto il mondo nel 2017. Hanno già valutato un possibile divieto di esportazione di metalli delle terre rare in risposta alle tensioni geopolitiche con gli Stati Uniti, il che significa il futuro della loro fornitura per alcune regioni è incerto.

Gli Stati Uniti e altre parti del mondo stanno cercando di competere. Ad esempio, la California ha la miniera di Mountain Pass, l’unico impianto di estrazione e lavorazione di terre rare negli Stati Uniti. Tuttavia, c’è un crescente interesse per le opzioni alternative.

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“I depositi di terre rare esistono altrove, ma le operazioni di estrazione sono altamente dirompenti: è necessario estrarre un’enorme quantità di materiale per ottenere un piccolo volume di terre rare. Tra gli impatti ambientali e la forte dipendenza dalla Cina, c’è stata un’urgente ricerca di materiali alternativi che non richiedano terre rare”, ha affermato in una dichiarazione nell’ottobre 2022 la professoressa Lindsay Greer, del Dipartimento di scienza dei materiali e metallurgia dell’Università di Cambridge.

Nel 2022, la professoressa Greer e il suo team si sono imbattuti in una possibile risposta: la tetrataenite, una lega ferro-nichel che contiene molte delle proprietà magnetiche presenti nei metalli delle terre rare.

Fino a poco tempo fa c’era un grosso ostacolo nell’utilizzo di questo minerale cosmico. La tetrataenite si trova nei meteoriti caduti dallo spazio. Le sue proprietà sono dovute a una struttura atomica che si forma nel corso di milioni di anni mentre un meteorite si raffredda lentamente: non esattamente il minerale facile e veloce che potrebbe salvare la situazione.

Negli anni '60, gli scienziati furono in grado di creare tetrataenite artificiale facendo esplodere le leghe di ferro-nichel con neutroni, ma questa tecnica è complessa e costosa, non adatta alla produzione di massa.

Poi, nel 2022, si è verificata una svolta. Gli scienziati dell'Università di Cambridge guidati dal professor Greer hanno trovato un modo straordinariamente semplice per produrre in serie la tetrataenite.

Stavano lavorando con leghe ferro-nichel e hanno scoperto che il fosforo, un elemento presente anche nei meteoriti, aiuta gli atomi di ferro e nichel a muoversi più velocemente. Ciò consente agli atomi di formarsi in questa complessa pila ordinata senza attendere milioni di anni. Secondo il loro studio, la giusta combinazione di ferro, nichel e fosforo ha accelerato la formazione di tetrataenite tra 11 e 15 ordini di grandezza.

"La cosa più sorprendente è che non è stato necessario alcun trattamento speciale: abbiamo semplicemente fuso la lega, versata in uno stampo e abbiamo ottenuto la tetrataenite", ha detto Greer. “L'opinione precedente nel campo era che non si poteva ottenere la tetrataenite a meno che non si facesse qualcosa di estremo, perché altrimenti si avrebbe dovuto aspettare milioni di anni prima che si formasse. Questo risultato rappresenta un cambiamento totale nel modo in cui pensiamo a questo materiale”.

Ci sono ancora dubbi sulla possibilità che questo processo possa essere utilizzato per produrre tetrataenite con le stesse qualità magnetiche necessarie per lo sviluppo di infrastrutture rinnovabili. Tuttavia, questa scoperta casuale suggerisce che le soluzioni possono spesso emergere dal nulla.

[H/T: Meccaniche popolari]