Ogni giorno utilizziamo con noncuranza telefonini, personal computer, tablets, i-pod, lettori di ebook o di file audio mp3 ed altri sofisticati aggeggi elettronici. Tutto questo senza renderci conto che questi apparecchi sono fatti con materiali spesso rari, con una storia di sofferenze, speculazioni economiche e guerre commerciali.
In questo articolo prenderò in considerazione le vicende legate a tre imporanti costituenti delle moderne apparecchiature elettroniche: il tantalio, il litio e le terre rare.
Rarità in natura, che noi utilizziamo quotidianamente e spensieratamente…
LE SETTE FATICHE DI TANTALO
minerali contenenti tantalio
Il tantalio è un raro metallo che ha, tra le altre, la proprietà di poter accumulare molta carica elettrica in poco volume. Per questo con la sua polvere si fabbricano dei piccoli condensatori elettrici che sono presenti nei nostri telefoni cellulari ed anche nei lettori DVD, nei televisori a schermo piatto, nelle console per giochi, nelle videocamere e fotocamere digitali ed in alcuni componenti delle nostre automobili come i sistemi di controllo dei freni (ABS), i sistemi di attivazione dell’airbag e i moduli di gestione del GPS. Insomma il tantalio è ovunque ci sia bisogno di un piccolo serbatoio, ma molto capiente, di carica elettrica, che alla bisogna può consentire il funzionamento di apparecchiature che ormai sono il nostro pane quotidiano.
Così, un elemento chimico che fino a poche decine di anni fa era utilizzato in piccole applicazioni di nicchia, come gli utensili per il taglio dei metalli, le protesi ossee, le pale delle turbine, i forni fusori per alte temperature o gli ugelli dei razzi, improvvisamente è diventato un materiale strategico, utilizzato in apparecchi che sono diffusi tra la popolazione di tutto il mondo. Infatti una commissione dell’Unione Europea, in un rapporto del giugno 2010 intitolato “Critical raw materials for the EU”, ha incluso il tantalio tra i materiali di importanza strategica stimando che le 551 tonnellate di questo metallo impiegate nell’anno 2006 in nuovi processi tecnologici diventeranno 1410 nel 2030.
Chi sono i fortunati possessori di questo prezioso elemento chimico?
Sembra che le maggiori riserve mondiali di minerali a base di tantalio siano situate nell’America del sud ed in particolare in Brasile, dove nel 2009 si è prodotto circa il 20 % del tantalio mondiale. Ben fornita è anche l’Australia che fino al 2008 era la maggiore produttrice mondiale ma poi, forse per un calo del prezzo del metallo dovuto alla crisi economica in atto, nel 2009 ha calato la produzione. Buone riserve vi sono anche nell’onnipresente Cina, che nel 2009 ne ha prodotto circa il 15 %; in Russia ed in alcuni paesi africani come Mozambico, Nigeria, Etiopia , Repubblica Democratica del Congo, Ruanda, Uganda e Burundi; piccole tracce sono anche presenti in America del nord (Canada in particolare) ed in Europa, ma complessivamente non più del 3% delle riserve mondiali. Pertanto, i paesi che utilizzano maggiormente il tantalio nelle sue applicazioni tecnologiche dovranno dipendere da altri paesi meno avanzati tecnologicamente, ma nei cui territori, casualmente, si sono accumulati materiali ormai indispensabili per il progresso tecnologico.
Questa disparità è particolarmente evidente negli stati dell’Africa centrale, ed in particolare nella Repubblica Democratica del Congo. Infatti, sempre casualmente, nelle regioni orientali di questo martoriato paese, al confine con l’Uganda ed il Ruanda, si trovano giacimenti abbondanti di minerali di tantalio chiamati columbite-tantalite o, più confidenzialmente, coltan. In alcuni territori incontaminati, tanto da essere dei parchi nazionali protetti, in cui vivevano gorilla, elefanti ed 1 Figura 1: minerali contenenti tantalio addirittura una popolazione di pigmei ancora dedita alla vita nomade di cacciatori e raccoglitori, è repentinamente scoppiata la febbre del tantalio. Centinaia di avventurieri si sono infatti dedicati alla ricerca del coltan che in questa zona del mondo non è gelosamente inglobato in dure rocce granitiche, come in Brasile o in Australia, ma è una sabbia che è sufficiente setacciare. lavare in acqua e fare depositare al fondo dei recipienti, poichè il minerale ha una elevata densità. In questo modo un buon cercatore può estrarre anche un chilogrammo di coltan al giorno guadagnando diverse decine di dollari (fino ad 80 nei tempi migliori) in una zona ove la maggior parte della popolazione vive con meno di un dollaro al giorno. Naturalmente, tutto ciò ha anche un pesante seguito di effetti collaterali: gravi danni ambientali per il parco nazionale con disboscamento e uccisione di animali; interferenze pesanti con la vita dei pigmei nativi, ancora dediti alla caccia ed alla raccolta di vegetali a crescita spontanea, nascita di villaggi dei cercatori di tantalio con corollario di attività criminali e di prostituzione; conquista dei territori da parte della guerriglia del Congo, contraria al governo centrale, che tenta di sfruttare i guadagni dell’estrazione clandestina del tantalio.
miniere di coltan
Certo non ci fa piacere che il tantalio presente nel nostro cellulare sia frutto di un’attività eticamente sconveniente come il disboscamento o l’uccisione di animali protetti o addirittura di pratiche criminali. La pensano allo stesso modo i maggiori produttori mondiali di apparecchiature elettroniche, sempre molto accorti a non rovinarsi la bella immagine costruita a fatica con migliaia di spot pubblicitari. Ma non è facile distinguere il tantalio derivante da attività illecite o perlomeno moralmente sconvenienti da quello lecito. Per esempio sul sito del “Tantalium- Niobium International Study Center (abbreviato TIC)” (http://www.tanb.org) la principale associazione mondiale dei produttori di tantalio e di niobio, un elemento chimico molto simile al tantalio e che normalmente viene estratto insieme ad esso, si legge: “Il TIC come associazione di categoria sta seguendo da vicino gli sviluppi relativi al coltan. Questa è ovviamente una questione importante e delicata e il TIC ribadisce il proprio impegno per le pratiche commerciali etiche e legali. Abbiamo sempre insistito sul fatto che i nostri membri aderiscono a questi principi. Il Comitato esecutivo resta del parere che il TIC non è un corpo di polizia e che in ogni caso non è in grado di vietare o limitare il commercio legale di coltan originario dell’Africa. Il TIC continua a monitorare gli sviluppi legislativi in materia.” D’altra parte cosa è meglio per gli abitanti della Repubblica Democratica del Congo? Vivere con un bel parco nazionale incontaminato ma con un reddito inferiore al dollaro al giorno oppure guadagnare qualche dollaro in più ma con gli “effetti collaterali” sopra citati”? A tal proposito possiamo citare un aforisma dell’economista Joan Robinson “Essere sfruttati è terribile, ma il peggio è quando non c’è nessuno che ti sfrutti.” Intanto, però una cosa la possiamo fare tutti per limitare il consumo di tantalio ed alcuni degli inconvenienti legati alla sua produzione: non sostituiamo il cellulare ad ogni cambio di stagione ma facciamolo durare il più possibile: costa fatica produrlo ed i materiali con cui è fatto non sono infiniti!
LITIO, LEGGERO, POTENTE E SCONOSCIUTO
Tre protoni, tre elettroni e tre o quattro neutroni: ecco pronto l’atomo del litio, il più leggero tra i metalli; solo mezzo chilogrammo per ogni decimetro cubo, molto meno dei 12 chilogrammi del piombo. 2 Figura 2: miniere di coltan Con il litio, infatti, si possono fabbricare batterie elettriche per automobili: leggere e potenti, proprio quello che occorre per un veicolo a trazione elettrica. Tutto il contrario delle batterie al piombo che sono nel vano motore delle nostre automobili a scoppio: pesanti e di scarsa potenza, poiché servono soltanto per l’avviamento della vettura e per l’alimentazione elettrica, ma non per il movimento dell’auto a cui pensano i cari, vecchi ed inquinanti combustibili figli del petrolio. Più precisamente, una batteria al piombo del peso di un chilogrammo ci può dare la potenza elettrica di 40 watt per un’ora, mentre una al litio può arrivare fino a 160 watt all’ora; si pensa che tale potenza possa essere incrementata fino a 1000 watt. Così, improvvisamente, gli atomi di litio che per millenni hanno sonnecchiato nei deserti salati del Sudamerica, della Cina e dell’Afganistan, sono diventati una risorsa strategica. Sembra che il caso abbia favorito particolarmente la Bolivia, nel cui territorio si stima sia depositata circa la metà della quantità di litio presente sulla Terra; tutta concentrata nel Salar de Uyuni, un deserto salato di 15.000 chilometri quadrati situato a 3700 metri di altitudine. Un posto non molto ospitale: difficile da raggiungere, privo di vegetazione e con un clima particolarmente freddo.
giacimenti di litio in Bolivia
La Bolivia, dopo la Guyana, è il paese più povero del Sudamerica e lo sfruttamento di questa nuova inaspettata risorsa potrebbe favorire un miglioramento delle condizioni economiche dei boliviani. Il governo guidato dall’indigeno Ugo Morales ci crede e sta investendo i primi capitali per avviare autonomamente l’estrazione del litio dal deserto salato, evitando che qualche multinazionale si appropri della preziosa risorsa senza estendere i benefici economici a tutta la popolazione. Nel frattempo, l’Argentina, appoggiandosi a imprese straniere, ha già avviato lo sfruttamento di un suo giacimento di litio. L’approvvigionamento del leggero metallo, come ogni attività estrattiva, non è esente da problemi: le organizzazioni ecologiste boliviane sono già in allarme in quanto temono che il magnifico e vastissimo ecosistema del deserto Salar de Uyumi sia rovinato. Questo potrebbe favorire la Cina, che ha buone riserve di litio nella regione tibetana e che, spesso, non si preoccupa molto della salvaguardia degli ecosistemi. Infatti attualmente i cinesi sono tra i maggiori produttori al mondo di litio, con Cile e Argentina. Recentemente alcune indagini di geologi americani sembrano aver localizzato ingenti giacimenti di litio anche nella regione dei laghi salati dell’Afganistan: ciò può da un lato accrescere l’importanza strategica di questo martoriato paese e dall’altro incrementare le speranze che la produzione di litio possa un giorno sostituire quella di oppio di cui questo stato è il massimo produttore mondiale.
TERRE RARE ED INDISPENSABILI
Scandio, Ittrio, Lantanio, Cerio, Praseodimio, Neodimio, Promezio, Samario, Europio, Gadolinio, Terbio, Disprosio, Olmio, Erbio, Tulio, Itterbio e Lutezio. Questi 17 elementi chimici appartengono ad una famiglia comunemente chiamata dei lantanoidi o delle terre rare. In effetti queste terre non sono poi così rare se si pensa che la quantità complessiva delle riserve mondiali ammonta a circa 99 milioni di tonnellate, di cui 36 milioni localizzate in Cina, 13 milioni negli Stati Uniti, 11 in Russia e Kazakhstan, 5 in Australia, 3 in India ed altre piccole quantità in Canada, Groenlandia, Vietnam, Sudafrica e Brasile. 3 Figura 3: giacimenti di litio della Bolivia Queste terre rischiano però, in futuro, di diventare molto rare per tutte le nazioni ad eccezione della Cina. Infatti la produzione mondiale di lantanoidi nel 2009 è stata di 124.000 tonnellate, di cui 120.000 prodotte dalla sola Cina, mentre le restanti 4000 tonnellate le hanno prodotte l’India, il Brasile e la Malaysia. Il monopolio cinese di questa produzione è di estrema importanza sia per motivi commerciali che per motivi militari. Gli atomi dei lantanoidi, infatti, hanno una parte dei loro elettroni più esterni disposti in orbitali del tipo f. Gli orbitali di questo tipo sono sette e ciascuno può ospitare due elettroni, per un totale di 14. Ebbene nel caso dei lantanoidi, questi orbitali generalmente non sono pieni e gli elettroni si dispongono in essi, per quanto possibile, singolarmente, cioè uno per ogni orbitale. Questi elettroni spaiati conferiscono a questi elementi particolari proprietà magnetiche ed ottiche. Infatti più di un terzo della quantità di terre rare prodotta annualmente viene impiegata per la fabbricazione di magneti ad alto potenziale e di laser utilizzati, tra l’altro, per la costruzione dei missili da crociera, dei proiettili teleguidati, dei sistemi invisibili ai radar. Ma le terre rare non interessano solo ai militari: esse sono presenti anche nello schermo touchscreen del nostro iPhone, nelle batterie delle automobili elettriche, nei pannelli fotovoltaici, nelle lampadine a basso consumo e nelle turbine eoliche. Infine sono utilizzate nelle marmitte catalitiche delle automobili e nei processi di raffinazione del petrolio. Insomma, come si vede, una vasta gamma di tecnologie di avanguardia si basano su questi elementi chimici.
- terre rare cinesi
Gli Stati Uniti e l’Europa possono permettersi di lasciare questi materiali strategici completamente in mano alla sola Cina? Certamente no! Ed infatti nei paesi industrializzati alcuni cominciano a denunciare il pericolo di questo monopolio. Negli Stati Uniti i militari chiedono al governo di favorire lo sviluppo delle miniere di terre rare presenti sul territorio americano e nel nostro continente la Commissione europea ha incluso anche il neodimio e le terre rare tra le 14 materie prime la cui fornitura può essere critica per la nostra economia. Ma come mai la Cina, in pochi anni, è diventata la sola produttrice al mondo di questi importanti materiali? In effetti, come abbiamo detto in precedenza, anche altre nazioni, come gli Stati Uniti o la Russia possiedono buone riserve di terre rare, ma le conservano nel loro sottosuolo, preferendo comprarle dai cinesi. Il motivo è prevalentemente economico. Infatti i lantanoidi sono una famiglia di elementi chimici molto simili tra loro e difficili da separare gli uni dagli altri. Dalle miniere si ricava una sabbia scura chiamata monazite, che è costituita da una miscela di composti dei lantanoidi con il fosforo, detti ortofosfati; oltre a ciò tale sabbia contiene fino al 30% di torio, un elemento radioattivo naturale. I lantanoidi vengono dapprima disciolti in acido nitrico e poi separati ottenendo dei composti insolubili come lo iodato di cerio o il solfato di europio. Gli altri lantanoidi sono infine separati entro colonne contenenti resine a scambio ionico, simili a quelle che consentono di diminuire la durezza dell’acqua. Il processo è quindi complesso e richiede accorgimenti importanti e costosi per non contaminare l’ambiente e per tutelare la salute dei lavoratori, in quanto si ha a che fare con composti chimici tossici e radioattivi. I cinesi si sono preoccupati poco di tutto ciò: hanno bellamente contaminato le acque del fiume Giallo che scorre in prossimità delle miniere di terre rare, situate nella Mongolia interna, ed hanno sacrificato la salute di molti operai il cui tasso di tumori ha raggiunto livelli 4 Figura 4: terre rare cinesi estremamente alti. Le stesse cose non sono avvenute nelle miniere americane, che tra il 1965 ed il 1985 erano state le maggiori produttrici mondiali di lantanoidi. Poi la concorrenza cinese ha fatto crollare i prezzi e le miniere californiane sono state vendute nel 1995 ad una società cinese che per cinque anni ha mantenuto ancora attivo il processo produttivo e poi ha smontato tutti gli impianti e li ha trasferiti in Cina! Ma non è finita: la Cina, ormai unica produttrice mondiale dei lantanoidi, sta cercando di acquisire anche il controllo delle miniere straniere di terre rare. Per esempio nel 2009 un’impresa cinese ha rilevato importanti quote di società minerarie sia in Canada che in Australia, due paesi in cui vi sono importanti giacimenti di terre rare. Successivamente ha addirittura tentato di acquistare delle miniere americane, ma senza successo per la ferma reazione del Congresso e dell’opinione pubblica. Ora il Governo statunitense e l’Europa vorrebbero porre fine al pericoloso monopolio cinese nella produzione di materiali così importanti dal punto di vista strategico: hanno intenzione di riaprire le miniere californiane ed incentivare la produzione delle miniere canadesi ed australiane. Ma la cosa non è semplice: dopo anni di inattività, riacquisire le necessarie competenze e superare i problemi legati all’inquinamento ambientale ed alla tutela della salute dei lavoratori non è facile. Si stima che occorreranno almeno 15 anni di studi a patto che siano fatti i necessari investimenti economici. D’altro canto i giapponesi hanno deciso di seguire una diversa strategia: recentemente hanno investito 900 milioni di euro per alimentare un fondo destinato a finanziare la ricerca di materiali alternativi alle terre rare.
