Una revisió bibliogràfica realitzada per investigadors del CSIC, el CREAF i la UAB alerta que avui dia el 70% dels elements de la taula periòdica que utilitzem els humans no es troben a la biomassa. L’article és concloent: l’extracció d’elements químics de la Terra pot ser limitant i comportar riscos ambientals, econòmics, socials i geopolítics. Els autors recalquen que cal posar fi a l’obsolescència programada i desenvolupar noves tecnologies que afavoreixin un ús més eficient d’aquests materials escassos, permetin un reciclatge i reutilització generalitzats i eficients d’aquests elements o, si és possible, els substitueixin per altres menys problemàtics.
La natura fa milions d’anys que se les arregla amb uns quants elements de la taula periòdica. Carboni, calci, oxigen, hidrogen, nitrogen, fòsfor, silici, sofre, magnesi i potassi construeixen gairebé tota la vida del planeta (troncs, fulles, pèls, dents, etc). En canvi, per construir el món dels humans, les urbs, els productes sanitaris, les vies dels trens, els avions i els motors, els ordinadors o un telèfon mòbil, necessitem moltíssims més elements químics. Un article recent publicat a la prestigiosa revista Trends in Ecology and Evolution, liderat per un equip de recerca del CREAF, la Universitat Autònoma de Barcelona (UAB) i el CSIC, alerta que el conjunt d’elements químics que necessitem els humans (el que es coneix científicament amb el nom d’elementoma humà) està divergint cada cop més del que necessita la naturalesa (l’elementoma biològic). Al 1900 els elements que utilitzaven els humans provenien en un 80% de la biomassa (fusta, plantes, aliments, etc), al 2005 aquest percentatge ja només equivalia al 32% i s’espera que el 2050 sigui només del 22%. Ens dirigim a una situació en què el 80% dels elements que utilitzem siguin de fonts no biològiques.
Els elements no biològics com a minerals o terres rares són escassos o pràcticament inexistents en els éssers vius i rars en general, pel que les seves reserves importants en molts casos estan localitzades en uns pocs països. “Sostenir l’elementoma humà serà cada cop més complex i arriscat, caldrà fer-ho en termes de justícia ambiental i, per descomptat, amb un ús més racional dels recursos limitats de la Terra”, resumeix Jaume Terradas, fundador del CREAF, professor honorari de la UAB i autor de l’article. Els elements d’origen no biològic cal obtenir-los de fonts geològiques, cosa que implica extracció, comercialització entre països i que es desenvolupin tecnologies de reciclatge eficients, i la seva escassetat i localització poden donar lloc a conflictes socials, econòmics, geopolítics i ambientals. Per això, encara que a priori, pot semblar que estem davant d’un tema d’interès només científic, en realitat té conseqüències enormes.
La humanitat, lligada de peus i mans a l’ús expansiu de la taula periòdica
L’estudi revisa la història de la humanitat segons l’ús d’elements de la taula periòdica. Segons l’article, l’elementoma humà va començar a divergir de l’elementoma biològic a la dècada de 1900, associat al continu augment de consum de materials que no provenien de la biomassa (combustibles fòssils, materials metàl·lics/industrials, materials de construcció). “Els humans han passat d’usar materials comuns com l’argila, la pedra o la calç, els elements dels quals es reciclen contínuament a terra, a la natura i a l’atmosfera, a usar molts altres elements, entre ells especialment els coneguts com a “terres rares”, comenta Jordi Sardans, investigador del CSIC i del CREAF, i coautor de l’estudi. Al llarg del segle XX, l’elementoma humà ha guanyat elements de la taula periòdica, usats en la construcció, el transport, la indústria i, més recentment, en les noves tecnologies, com ara els dispositius de computació, els fotovoltaics i els telèfons mòbils. Aquests elements inclouen el silici, el níquel, el coure, el crom, l’or i d’altres molt menys freqüents com el samari, l’iterbi, l’itri, el neodimi, etc. En les darreres dues dècades, l’ús d’aquests elements escassos s’ha incrementat per implementar i expandir l’ús de les noves tecnologies i les fonts d’energia netes. “Estem vivint un creixement anual del consum/extracció d’elements minerals del voltant del 3% que seguirà fins al 2050. En aquest escenari és possible que les reserves d’alguns d’aquests elements s’esgotin el 2050 (or i antimoni) o menys de 100 anys (Molibdè i Zinc)”, afegeix Josep Peñuelas, investigador del CSIC i del CREAF i coautor de l’estudi.
Riscos ambientals, econòmics, socials i geopolítics
L’article és concloent: l’extracció d’elements químics de la Terra pot ser limitant i comportar crisis a tots nivells. Utilitzar més elements de la taula periòdica vol dir extreure més minerals, un consum creixent d’energia i les emissions de CO2 associades. A més, la creixent escassetat d’aquests elements n’amenaça la disponibilitat, especialment per als països pobres, i fins i tot dificulta el manteniment de la producció als països rics, afectant així el desenvolupament econòmic.
En aquest context, els aspectes geopolítics també tenen un paper important i problemàtic. Les reserves naturals de diversos d’aquests elements, com ara les terres rares, es troben en un nombre limitat de països (Xina, Vietnam, Brasil, Estats Units, Rússia i República Democràtica del Congo), amb més del 90% de l’oferta mundial i prop de 40% de les reserves sota el control de la Xina. La seva disponibilitat està, doncs, subjecta a les fluctuacions de l’oferta i els preus per interessos geopolítics contraposats, amb el risc consegüent de conflictes.
Final a l’obsolescència programada, reciclatge i recuperació
Els autors recalquen que cal posar fi a l’obsolescència programada (política de planificació o disseny d’un producte amb una vida útil artificialment limitada) i cal desenvolupar noves tecnologies que afavoreixin un ús més rendible d’aquests materials escassos i que en permetin el reciclatge i reutilització generalitzats i eficients. Hem de tenir en compte que avui hi ha poques alternatives, per no dir cap, a molts d’aquests elements i que les seves taxes de reciclatge són baixes pel fet que s’usen petites quantitats en combinació amb altres materials en una àmplia gamma de productes. Les tècniques actuals de recuperació tenen nivells d’eficiència baixos i comporten un gran risc de contaminació a causa de la toxicitat dels elements de terres rares.
L’article recull diverses tecnologies per recuperar aquests elements escassos, com ara la biolixiviació, que és l’extracció de metalls dels seus minerals mitjançant l’ús d’organismes vius, com ara bacteris, que són capaços d’acumular elements de terres rares si entren en contacte amb residus industrials. D’altra banda, per evitar la contaminació, s’està estudiant la biosorció, un procés fisicoquímic que es dona de manera natural en certs organismes i que permet filtrar contaminants, per exemple, metalls pesants d’aigües contaminades. Altres possibilitats són la criomolienda, recuperació per deposició electroquímica. L’ús de diversos nanomaterials basats en el carboni com a mètodes de sorció per preconcentrar els elements rars de les aigües residuals a partir de residus dissolts; la hidrometal·lúrgia per obtenir una gran recuperació de terres rares i metalls pesants a partir de l’apatita i de diverses deixalles; i la pirometal·lúrgia o l’extracció de fluids supercrítics amb CO2. En qualsevol cas, és essencial el desenvolupament de noves maneres de produir i reciclar a gran escala aquests elements.
Article:
Penuelas, J., Sardans, J., & Terradas, J. (2022). Increasing divergence between human and biological elementomes. Trends in Ecology & Evolution. doi: 10.1016/j.tree.2022.07.008
Comunicació CREAF
A l’esquerra, fragment de columbita-tantalita, d’on s’extreu el coltan. A la dreta, tungstè. Tots dos són terres rares i minerals de gran ús en electrònica.