Stiamo finendo i metalli per l’elettronica. La soluzione è il recupero di materia

[25 marzo 2015]

Il nuovo studio “Criticality of metals and metalloids”, pubblicato sui Pnas da un team di scienziati della Yale University, valuta la “criticità” di tutti i 62 metalli della  tavola periodica degli elementi, fornendo conoscenze fondamentali su quali materie prime  potrebbe diventare più difficile da trovare nei prossimi decenni, quali potranno richiedere grossi costi ambientali  e quali semplicemente non possono essere sostituiti come componenti di tecnologie ormai diventate vitali. Lo studio, che si basa su una precedente ricerca, informazioni industriali ed  interviste agli esperti, è la  prima valutazione peer-reviewed della criticità di tutti i metalli e metalloidi del pianeta. Lo studio fa parte di una valutazione quinquennale del team della Yale sulle criticità delle risorse di metallo del pianeta di fronte all’aumento della domanda globale ed  alla crescente complessità dei prodotti di consumo.

Negli ultimi 10 anni la carenza dei metalli necessari a produrre molti prodotti high-tech ha portato a tentare di i quantificare lo status di “criticità” questi materiali, definito sia dalla loro importanza per i diversi utilizzi che per a loro disponibilità globale. Secondo i ricercatori, «La criticità non dipende solo abbondanza geologica. Altri fattori importanti sono la possibilità di trovare alternative efficaci nei processi produttivi, il grado in cui sono geopoliticamente concentrate le riserve minerarie, lo stato della tecnologia mineraria, la supervisione regolamentare, le iniziative geopolitiche, le instabilità regionali e le politiche economiche».

Il Leader del team di ricerca, Thomas Graedel, che insegna ecologia industriale alla Yale, spiega: «Se molti dei metalli tradizionalmente utilizzati, come lo zinco, rame e alluminio, non sembrano dare problemi di disponibilità, altri metalli essenziali per le nuove tecnologie – dagli smartphone, all’ottica a infrarossi ed al medical imaging  . potrebbe essere più difficile da ottenere nei prossimi decenni. I metalli che abbiamo usato per lungo tempo, probabilmente non presenteranno più di una sfida. Li stiamo utilizziamo da molto tempo perché sono piuttosto abbondanti ed in genere sono diffusi geograficamente. Ma alcuni metalli che sono diventati diffusi grazie alla tecnologia solo negli ultimi 10 o 20 anni, sono disponibili solo quasi come sottoprodotti. Non è possibile estrarli appositamente; spesso esistono in piccole quantità e vengono utilizzati per scopi speciali. E non hanno sostituti decenti. Questi risultati dimostrano l’urgenza di progettare nuovi prodotti che rendano più facile per recuperare i materiali da riutilizzare».

Per valutare lo status di tutti i metalli, il team della Yale ha sviluppato una metodologia che definisce le criticità secondo tre aree: rischio di approvvigionamento, implicazioni ambientali e vulnerabilità alle restrizioni di approvvigionamento imposte dall’i uomo. Hanno così scoperto che i limiti per rifornire molti metalli essenziali per l’industria elettronica – compresi il gallio e il selenio – sono il risultato di rischi di approvvigionamento e che «Le conseguenze ambientali dell’estrazione e della lavorazione presentano le maggiori sfide con i metalli del gruppo del platino, l’oro e il mercurio. Per gli elementi nelle leghe di acciaio (inclusi il cromo e il niobio) e gli elementi utilizzati nelle leghe ad alta temperatura (tungsteno e molibdeno), le maggiori vulnerabilità sono legate alle restrizioni dell’approvvigionamento».

Tra i fattori che contribuiscono alle sfide di criticità estreme ci sono: «L’alta concentrazione geopolitica della produzione primaria (ad esempio, dal 90 al 95% della fornitura globale di metalli delle terre rare viene dalla Cina); la mancanza di sostituti disponibili (non c’è nessun sostituto adeguato per l’indio, che viene utilizzato nei display dei computer e della telefonia cellulare); e l’instabilità politica (una quota significativa del tantalio, ampiamente utilizzato nell’elettronica, viene dalla Repubblica democratica del Congo devastata dalla guerra)».

I ricercatori hanno anche analizzato come si sono evoluti negli anni i livelli di riciclo e come le diverse industrie sono in grado di utilizzare fonti “non vergini” di materiali. «Alcune materie prime, come il  piombo, vengono molto riciclati perché hanno un utilizzo di massa – spiega ancora Graedel – Ma i materiali relativamente rari, che sono diventati critici  in parte della moderna elettronica, sono molto più difficili da riciclare perché sono usati in delle quantità minuscole e può essere difficile districarli dalle sempre più complesse e compatte nuove tecnologie. Credo che questi risultati dovrebbero inviare  ai progettisti il messaggio di passare più tempo a pensare a ciò che accade dopo che i loro prodotti non vengono più utilizzati. Molto di quel che rende difficile il riciclaggio di questi materiali è il loro design. Sembra proprio che sia arrivato il  momento di pensare un po’ di più alla fine di questi bei prodotti».