Tecnologies Complementàries I Nous materials per les TIC

Alejandro Guerra, Grzegorz Szymanski i Sergi Torrabadella Maig de 2014

Índex de continguts

1. Introducció

2. Els nous materials estratègics i la seva importància per les TIC

3. Anàlisi de materials crítics en l’àmbit de les TIC

3.1 Grafè

3.2 Tàntal

3.3 Metalls del grup del platí

3.4 Indi

4 Conclusions

5. Bibliografia

1. Introducció

Vivim en un món governat i controlat per la tecnologia. Es troba arreu i es indispensable a les nostres vides. Depenem del cotxe per desplaçar-nos, de la connexió a internet i del mòbil per comunicar-nos, de l’ordinador per a treballar, de la vitroceràmica o el microones per a cuinar, de la rentadora per a netejar la roba, etc. Tasques, moltes d’elles, que la tecnologia ha simplificat i automatitzat de tal manera, que ara se’ns fa impossible imaginar el món d’una altra manera. Cal recordar, però, que el món no sempre ha estat així. La tecnologia ha evolucionat vertiginosament els últims 60-70 anys. Si bé es cert que al llarg de la història, la societat humana ha anat perfeccionant i millorant els processos, passant d’etapes purament artesanals a etapes més automatitzades, no ha sigut fins a mitjans del segle passat i sobretot el que portem d’aquest segle que la tecnologia ha progressat fins a límits, gairebé insospitables. L’explosió del capitalisme com a medi econòmic on floreixen les societats occidentals ha potenciat una economia de consum basada en la necessitat de compra constant. Per aconseguir acomplir aquesta necessitat, la investigació i la competència han estat els elements que han potenciat aquest enorme avenç tecnològic i científica ocorregut durant els últims 20-30 anys. Una simple mirada a l’evolució d’alguns productes, així com la seva demanda ens donen una idea del canvi radical d’aquests últims anys.

Segons un estudi de GFK a Espanya, els seus habitants es gasten anualment uns 13.000 milions d’euros en la compra de tecnologia. A nivell mundial, malgrat caure un 1%, la previsió respecte al any anterior, es calcula que la venda d’aparells tecnològics farà que les empreses del sector ingressin 1.05 billons de dòlars. En aquest estudi s’afirma, que per exemple a Estats Units, els consumidors tendeixen a canviar de televisor una vegada cada 6 anys. Comprant cada cop una pantalla més gran. La tecnologia està arribant a tots els camps i sectors. Al mateix estudi s’afirma que un dels negocis en creixement son els dispositius que es porten posats, entre els que destaquen els sensors per a mesurar el rendiment esportiu, la salut i els rellotges intel•ligents o smartwatches, dels quals es calcula que es vendran 1.5 milions d’unitats en 2014, mig milió més que en 2013. I tot això en plena crisi. L’altra cara de la moneda, e-Waste i Sostenibilitat Un negoci necessita vendes, i com a tal, necessita compradors. En aquest sentit, l’obsolescència dels productes (una mena de data de caducitat preprogramada) hi té molt a veure. Més enllà de la voluntat d’una persona per comprar-se la última novetat, si el producte s’espatlla i es més fàcil (i econòmic) reemplaçar-lo que reparar-lo obtenim una conseqüència inevitable: deixalles. Conseqüentment, si l’economia de consum genera i augmenta les vendes de materials tecnològics, aquests també generaran un augment de les deixalles tecnològiques o e-waste. Aquesta deixalla tecnològica es, la majoria de vegades, fàcil de construir però difícil de reciclar. Exigeix molts cops una inversió econòmica que ni empreses ni països volen pagar. Es per això que l’e-waste s’emmagatzema, o més aviat es repudia a països amb escassos recursos econòmics que venen el seu sòl per a convertir-se en deixalleries globals. Aquestes deixalleries globals suposen una amenaça, no solament per als individus pobres que busquen uns ingressos fruit de la deixalla tecnològica, també per al planeta Terra en general, doncs contaminen les aigües, l’atmosfera, etc. doncs estan fets molts cops amb materials corrosius, nocius, que són molt poc respectuosos amb el medi ambient.

Així doncs ens trobem en un dilema. Podem observar que, per una banda la tecnologia es un gran negoci, un gran negoci en augment que genera milers de milions de dòlars cada any, convertint-se en motor de l’economia global. L’augment de la economia de consum, i la dependència, cada vegada més gran de les societats occidentals de la tecnologia fan que sigui de vital importància assegurar el subministrament de tots els productes bàsics relacionats amb aquestes. El creixement econòmic i el futur tecnològic de les societats depenen, en gran mesura, de l’existència d’aquests recursos o, més aviat, de l’accés als mateixos. No obstant, alhora, cada dia es generen milions tones de deixalles que perjudiquen el nostre ecosistema i als individus que hi vivim. Es per això que es fan necessàries mesures per, una banda, assegurar l’accés sostenible als recursos i, per altra banda, fomentar el reciclatge dels mateixos. Un reciclatge que permeti desenvolupar les fites mediambientals, juntament amb el desenvolupament tecnològic, és a dir, aconseguir un desenvolupament sostenible, respectuós amb el medi ambient.

2. Els Nous Materials Estratègics i la seva importància en l’àmbit de les TIC

La Unió Europea és un dels primers agents sensibilitzats amb l’accés sostenible dels recursos, encara que potser més per la vessant econòmica que la mediambiental, està portant a terme una sèrie d’iniciatives en relació amb les matèries primeres que expliquem a continuació. Les matèries primeres son un dels recursos crítics en les societats occidentals post-industrials. Una matèria primera pot ésser definida com una substancia natural o mineral no processada utilitzada en els processos de fabricació per al subministrament de béns finalitzats (EUbusiness, 2011). Així, les matèries primeres són, usualment, recursos naturals tals com gas, fusta, minerals, etc. Aquestes matèries primeres son mercaderies d’alt valor estratègic, que mobilitzen diàriament grans quantitats de diners, tant en la seva exportació com en la seva importació. Cal considerar una mercaderia com qualsevol producte amb un reduït valor afegit i, per tan molt sensible a la competència de preus. Les matèries primeres, els productes agrícoles i els béns bàsics, per exemple, son mercaderies (EUbusiness, 2011). El mercats de mercaderies, tant els llocs físics, on es venen els productes materials, com els mercats financers resultants d’aquestes vendes i transaccions, han vist, durant els últims anys, un increment espectacular de la volatilitat i moviment sense precedents dels preus. Encara que les causes d’aquests balls de preus són usualment difícils d’identificar, la preocupació sobre els possibles efectes que els agents del mercat financer tenen sobre els preus base, així com la preocupació pel nivell de transparència existent en aquests mercats han donat lloc a la necessitat d’actuació dels responsables polítics per tal de controlar, en la mesura del possible, la incertesa actual. A més, més enllà de la volatilitat dels preus, des de fa un temps, alguns països han introduït restriccions en la exportació de certes matèries primeres crítiques (tals com el gal•li, liti i indi, i altres minerals importants per la seva gran utilització en les noves tecnologies), fruit de les mesures proteccionistes que prenen alguns estats per tal de protegir la seva economia front les ingerències externes. Aquestes restriccions, així com altres colls d’ampolla en el subministrament sostenible de matèries primeres, representen un veritable repte per a la industria i els consumidors europeus. A tal efecte, i per tractar el problema dels recursos limitats i el subministrament sostenible de matèries primeres, la Comissió Europea va intentar afrontar aquest repte de manera coherent i integral. L’any 2008 va iniciar una iniciativa sobre les matèries primeres, que ha aconseguit augmentar la transparència i integritat en els mercats de productes bàsics, encara que queda un llarg camí per recórrer. En aquella iniciativa, la Comissió va basar la seva estratègia en tres pilars fonamentals: - Just i sostenible subministrament de matèries primeres dels mercats globals. - Foment del subministrament sostenible dins la UE. - Impulsar l’eficiència dels recursos i promoure el reciclatge.

Posteriorment, la Comissió va realitzar una Comunicació (2 de Juny de 2011), després d’avaluar la iniciativa i identificar i crear una llista de matèries primeres crítiques, a més d’impulsar accions que busquen assegurar un futur sostenible en el subministrament de les matèries primeres i del seu reciclatge.

Com veiem, la Comissió Europea es troba sensibilitzada davant aquesta problemàtica, però arribats a aquest punt ens plantegem una qüestió important, perquè es important assegurar l’accés a les matèries primeres per Europa? La resposta sembla simple. Perquè son elements crítics, vitals per a la economia de la majoria dels països de la UE i pel nostre afer diari. Les matèries primeres, tals com metalls i minerals, són els fonaments bàsics dels productes que utilitzem diàriament. Així, es vital assegurar un subministrament just, continuat, sostenible i assequible dels materials que són essencials per a la economia de la UE i del seu estil de vida. A més, donada la seva importància per les tecnologies del futur, són una part important del nostre futur, tant econòmicament com per complir les fites ambientals. Per exemplificar la seva importància, a continuació posem alguns exemples de materials i els seus usos en productes d’ús quotidià.

Matèria primera Producte Cobalt Bateries Coure Béns elèctrics i electrònics Gali Il•luminació (LEDS) Indi Pantalles i displays Liti Bateries de cotxes elèctrics/dispositius TIC Metalls del grup del platí Telèfons mòbils Tàntal Telèfons mòbils

Com veiem, les matèries primeres estan a tot arreu. En l’era digital, per exemple, el nostre smartphone conté més de 50 metalls diferents, que tenen com a objectiu alleugerar el pes i mida, millorar la interacció amb l’usuari, etc. Indústries capdavanteres i motors econòmics de la economia europea com la industria del motor, aeroespacial o de les energies renovables, depenen en gran mesura del subministrament de matèries primeres. Aquestes matèries primeres que estan presents arreu nostre, a les indústries, són fonamentals per al desenvolupament de les tecnologies ambientals i de l’agenda digital.

Quines són les matèries primeres crítiques, segons la UE? La llista de 2011 comprenia 14 matèries primeres d’importància crítica per a la UE, que són les següents: (2) Antimoni, Beril•li, cobalt, Fluorita, Gal•li, Germani, Indi, Magnesi, Grafit, Niobi, Grup de metalls del platí, Terres Rares, Tungstè i Tàntal. L’any 2014 es van afegir 6 més: Borats, Crom, Carbó vegetal, Magnesita, Fosforita i Silicona metàl•lica. Tot això conforma una llista de 20 matèries primeres (encara que el tàntal s’està valorant excloure’l de la llista) d’importància crítica per al futur de l’economia, la tecnologia i la societat europea. L’objectiu de la llista es incentivar la producció europea de matèries primeres crítiques i facilitar el llançament de noves activitats mineres i de reciclatge (2). Els nous 20 materials estratègics proporcionen, per una banda, importants ingressos als països productors i exportadors i, per altra banda, situació de debilitat de la UE davant d’aquestes i de les seves polítiques proteccionistes. Quins són aquestes països?

Com podem observar dels dos gràfics (Figura 4 i Figura 5), la Xina és, clarament, el principal proveïdor global de matèries primeres crítiques. Altres països tenen una posició dominant en relació amb el subministrament de certes matèries primeres, com USA en relació amb el Beril•li i Brasil amb el Niobi. Altres materials, tals com els metalls del grup del platí o els borats estan més dispersats encara que, com podem observar, per regla general, uns pocs països dominen les reserves i la producció mundial de les 20 matèries primeres crítiques, una situació compromesa i que els ubica en posició de superioritat respecte als països importadors. És especialment important destacar que la Xina, amb el seu especial context econòmic, polític i social sigui el país amb més recursos crítics al seu abast, doncs la ubica en una clara superioritat i domini de la situació a nivell global. La Figura 6 confirma el fet que la Xina té molts dels materials considerats com a crítics per la UE. ¿Estem doncs sota la dominació xinesa?.

En les pàgines següents analitzarem alguns dels materials més importants en el futur de les TIC, concretament: grafit (i concretament, grafè), tàntal, metalls del grup del platí i indi. Creiem que l’avenç tecnològic pot no ser enemic de la sostenibilitat i del respecte amb el medi ambient. Per això analitzarem els recursos des de la vessant més pragmàtica per a l’avenç tecnològic, però també des de el punt de vista del reciclatge i si es possible, desenvolupar productes amb un cicle del bressol al bressol.

3. Anàlisi de materials crítics en l’àmbit de les TIC

3.1. Grafè

El grafè és un material que combina una gran quantitat de propietats que no es donen juntes en qualsevol altre compost. Què significa això? Que és capaç de millorar del tot les condicions de qualsevol superfície on s'apliqui. Anem-lo a conèixer amb detall.

Extracció

El grafè és una substancia formada, en la seva totalitat, per carboni, es per aquesta raó que podem dir que el grafè és un dels sis al•lòtrops del carboni que coneixem a la natura, entre ells podem trobar el diamant, els nano tubs, el grafit, etc. Aquest material sorgeix quan petitíssimes partícules de carboni s'agrupen de forma molt densa en làmines de dues dimensions molt fines i en cel•les hexagonals.

Dit això, per a conèixer una mica més d’on i com obtenim aquesta substància tant prometedora, anem a fixar-nos una mica més en l’extracció del carboni:

El carboni és un element químic força abundant en el nostre planeta, però també fora d’ell. L’observem en el procés intern que tenen les estrelles, els cometes i en les atmosferes dels planetes, però en l’escorça terrestre el podem trobar en combinacions amb altres elements, dissolt en l'aigua, i acompanyat en menors quantitats de calci, magnesi i ferro forma enormes masses rocoses, com en són exemple la calcària, la dolomita i el marbre. En menys quantitat, però, també el trobem en tots els essers vius. Per zona geogràfica el grafit es troba en grans quantitats a Rússia, Estats Units, Mèxic, Groenlàndia i la Índia i els diamants naturals es troben associats a roques volcàniques que podem trobar-les al Sud d’Àfrica, a Namíbia, a Botswana, a la República del Congo i a la Sierra Leone. Altres dipòsits importants podem trobar-los a Canadà, a Rússia, a Brasil i a Austràlia. Processament

Com hem vist prèviament el grafè s’extreu del carboni però el problema principal és que per tal de que conservi totes les seves propietats , el mineral ha de ser de la major qualitat possible. Amb el mètode tradicional d'obtenció a força d'esfullar el grafit amb cinta adhesiva , s'aconsegueix grafè de molt alta qualitat , però la quantitat produïda és mínima i resulta insuficient per al seu ús industrial. Existeixen nous mètodes de processament de grafè que en milloren la seva producció però no assoleixen el nivell de puresa ni de qualitat necessària per al seu ús.

Actualment el grafè es comercialitza de dos maneres diferents, en làmina i en pols:

1) Grafè en làmina: és d'alta qualitat i s'empra en camps com l'electrònica, la informàtica o fins i tot l'aeronàutica, on es requereix un material molt resistent. La seva producció és actualment molt costosa.

2) Grafè en pols: s'usa en aquells àmbits que no requereixen d'un material d'alta qualitat . El seu procés d'obtenció és més barat i permet una major producció del producte, però renunciant a part de les seves propietats.

Usos Per entendre una mica més els seus usos anem a coneixer algunes de les propietats que presenta aquest material: I. És 200 vegades més resistent que l’acer. II. És transparent. III. És molt flexible i elàstic. IV. Bona conductivitat tèrmica i elèctrica. V. És molt lleuger. VI. Genera electricitat al estar en contacte amb la llum. VII. Supera la duresa del diamant

Ara que hem vist lo interessant que arriba a ser aquest material anem a conèixer alguns dels seus usos principals i els usos que s’hi pot arribar a donar en un futur, ja que està en desenvolupament actualment: Electrònica El grafè podria emprar-se en la fabricació de microxips i de transistors, tots dos elements imprescindibles en pràcticament tots els dispositius electrònics. A més, per les seves especials característiques dels components electrònics d'aquest material permetran el desenvolupament de dispositius flexibles que podran enrotllar o plegar segons les necessitats. Pantalles tàctils flexibles Al ser capaç de conduir electrons gairebé sense escalfar-se el procés i ser tant flexible, una làmina de grafè pot usar-se en el desenvolupament de pantalles tàctils flexibles. Aprofitant el fet que una làmina de grafè pot ser totalment transparent, és ideal per posar per sobre un panell de píxels sense disminuir la brillantor de la seva retroil•luminació. Tot això acompanyat de la tecnologia OLED, podria esdevenir la pròxima generació de pantalles. Això donaria vida a una nova generació de dispositius mòbils i portables, adaptant-se a la fisonomia humana.

Informática

L'ús del grafè permetrà el desenvolupament d'ordinadors molt més ràpids i amb un menor consum elèctric que els actuals de silici. A més, s'estima que un disc dur d'aquest compost, de la mateixa mida que un dels emprats actualment, podria emmagatzemar fins a mil vegades més informació. Cables d'alta velocitat El grafè té la capacitat de captar una gran quantitat de llum és per aquesta rao que es pot utilitzar en la creació de cables de fibra òptica molt veloços, capaços de moure informació centenars de vegades més ràpid que un cable de fibra òptica actual, i tot això gracies a una altra de les magnífiques propietats del material: els electrons es desplacen ràpidament en ell. Sector energètic El grafè permetrà la creació de bateries de llarga durada que amb prou feines trigaran uns segons en carregar-se, fet que revolucionarà la producció de cotxes elèctrics i els dispositius portables augmentaran la seva durada de funcionament i per tant les prestacions. A més, les plaques solars recobertes d'aquest material seran molt més eficients i permetran una forma més ecològica de consum energètic. Podria significar el final de la crisi energètica? Tractament d’aigües Gràcies a la seva peculiar estructura d'alta densitat permeable a l'aigua, s'estudia el seu possible ús per a la dessalinització de l'aigua. Algunes dades obtingudes a partir d'aquests projectes prediuen que es podrà realitzar aquesta tasca en un temps molt inferior i amb un cost molt més reduït.

Medicina i biomèdica

El grafè també pot emprar-se per millorar els tractaments contra el càncer. El tractament d'aquesta malaltia té com a objectiu, de manera general, la destrucció de les cèl • lules malaltes intentant afectar el menys possibles a les cèl•lules sanes. Diversos estudis han demostrat que combinant aquest material amb diversos fàrmacs és possible augmentar la càrrega de medicació que arriba a les cèl•lules cancerígenes, incrementant les possibilitats d'èxit del tractament. Reciclatge Tot apunta a que el grafè acabi revolucionant el planeta per les seves increïbles qualitats i propietats que el fan realment únic. Però no només per les seves capacitats sinó que també té un altre punt a favor, el seu reciclatge. El reciclatge d'aquest nou material, en estar format exclusivament per carboni, no suposa cap problema i a més, permet la reducció de materials en els processos de construcció dels aparells electrònics. "Un dispositiu de grafè requereix molt menys material que un de convencional, potser menys de la centèsima part", assegura l'expert sobre el teixit pel qual van rebre el premi Nobel de Física 2010 els russos Andre Geim i Konstantin Novoselov, de la Universitat de Manchester , al Regne Unit. Així doncs el grafè és molt ecològic i permet la millora de gairebé totes les aplicacions que coneixem avui en dia.

3.2 Tàntal

El tàntal és un element químic que es representa amb el símbol Ta a la taula periòdica, el seu nombre atòmic és 73 i el seu pes atòmic 180.948. És un element del cinquè grup de la taula periòdica i pertany a la sèrie 5d. El tàntal pertany al grup dels metalls de transició també anomenats elements de transició. Entre les propietats d'aquest tipus de metalls , entre els quals es troba el tàntal són la seva elevada duresa, el tenir punts d'ebullició i fusió elevats i ser bons conductors de l'electricitat i la calor. L'estat del tàntal en la seva forma natural és sòlid.

Obtenció/extracció

El tàntal és molt semblant al niobi i se sol extreure del mineral tantalita, que en la naturalesa apareix generalment formant mescles isomorfes amb la columbita. Aquestes mescles es coneixen amb el nom de coltan. Mentre que la columbita està composta per òxids de niobi, ferro i manganès, la tantalita està composta per òxid de tàntal, ferro i manganès. Llavors per saber d’on sobté el tàntal cal aprofundir en el material i fixar-se d’on prové o d’on n’extraiem la major part dels recursos primers per a produir-lo. El major productor de coltan al món és troba a la República Democràtica del Congo amb prop del 80% de les reserves mundials estimades. Aquest correspon a un dels nuclis principals d’extracció i producció de coltan necessari per a la creació del tàntal. El 20% restant es divideix en zones com Brasil amb el 10% de les reserves, Sierra Leone amb el 5% de les reserves, i un 5% repartit al voltant de la resta del món.

Actualment s’estan explotant noves zones del planeta, que podries ser actives en un futur i formar part de la important producció de tàntal, en són exemples zones com Aràbia Saudita, Egipte, Grenlàndia, Xina, Moçambic, Canadà, Austràlia, els EUA i Finlàndia.

Processament

Com hem comentat prèviament per l’obtenció del tàntal es necessari un procés de extracció o separació dels altres components que hi trobem mesclats. Bàsicament diferenciem dos formes diferents d’extracció del tàntal: l’excavació de mines a cel obert o subterrània i l’extracció mitjançant els dipòsits al•luvials. Del primer mètode només trobem una exemplar ubicat a Canadà i del segon mètode, al ser el predominant podem trobar-ne més d’un al llarg del planeta. El que fan les sis plantes processadores que hi ha al mon, ubicades a Xina, Alemanya, Japó, Tailàndia, Kazajstan i els Estats Units, és triturar els concentrats que reben les mines i determinar quin és el mètode més adequat per el processament, tot això segons el tipus de mineralització enriquida del Tàntal. Posteriorment, per el benefici i la separació del metall es sometent a diversos processos de planta. En Aquest cas la fundació no es una possibilitat per separar i purificar els metalls refractaris, es per això que han de ser tractats amb una solució d’àcid fluorhídric i àcid sulfúric concentrat amb l’objectiu de dissoldre l’òxid de tàntal o altres compostos en el mineral.

Usos

El tàntal és un material molt útil amb infinitats d’aplicacions per a la nostre vida diària, amb destacades propietats que fan possible el disseny de molts components en els que hi estem familiaritzats. Per la seva gran resistència a la corrosió, la seva gran ductilitat i el seu alt punt de fusió, el tàntal és molt útil per a les activitats humanes i el seu ús més comú és en diversos tipus d'aliatges. S'usa també com filament per evaporar metalls com l'alumini, la producció de condensadors electrolítics, per tant, un component essencial dels dispositius electrònics molt compactes: telèfons mòbils, GPS, satèl•lits artificials, armes teledirigides, televisors de plasma, videoconsoles, ordinadors portàtils, PDAs, MP3, MP4, etc. També mitjançant els condensadors es fabriquen ràdios de banda civil, detectors de fum, marcapassos cardíacs i automòbils.

S'utilitza també en les superfícies per transferència de calor de l'equip de producció en la indústria química, especialment quan es tenen condicions extraordinàriament corrosives. La seva inèrcia química ha fet que se li hagin trobat aplicacions dentals i quirúrgiques. El tàntal forma aliatges amb un gran nombre de metalls. Té una importància especial el ferro tàntal, el qual s'agrega als acers austenítics per tal de reduir la corrosió intergranular. També es fabriquen de tàntal algunes peces de forns de buit. En menor mesura, s'empra en la fabricació de reactors nuclears, avions i parts de míssils per a la guerra. En ser absolutament immune als líquids corporals, el tàntal resulta d'allò més útil, entre altres coses, per les pròtesis humanes.

Reciclatge

La manera més pròxima que tenim a l’abast cada un de nosaltres de reciclar el tàntal, ja que l’utilitzem a diari varies vegades al dia, estem parlant del telèfon mòbil. Reciclar mòbils usats és important no només per la nostra butxaca, ja que estàn força ben pagats, també per al medi ambient. El reciclatge del tàntal es molt important, no tan sols per la importància de la sostenibilitat en tots els processos electrònics i de l’àmbit de les TIC, sinó que també perquè aquest material es troba en la seva majoria a l’Àfrica, i com ja sabem, suposa una gran explotació infantil al Congo en condicions de treball infrahumanes: s'estima que per cada quilo de coltan han mort entre dos i tres nens.

En l’actualitat la major part dels mòbils reciclats es duen a Canadà, on es realitza una primera separació de components, "sent després en països com l'Índia o el Pakistan on acaben el procés". Un altre problema és la contaminació produïda pel reciclatge; per això el coltan va a parar a països pobres, on no hi ha un control mediambiental. Com a conclusió, podríem dir que el coltan o tàntal, extret d’ell, és un material força insostenible, necessari relativament per la producció de tots els aparells que disposen de electrònica miniaturitzada, ja siguin smartphones, tabletes, etc. I d’aquesta manera les empreses influents en aquests àmbits obliguen a que la producció de tàntal sigui suficient per abastir el món sencer d’aquests aparells provocant així les explotacions de persones i afavorint un desenvolupament insostenible.

3.3 Metalls del grup del platí

Aquests tipus de materials pertanyen al grup de metalls nobles, que tenen com a característica principal la baixa reactivitat química amb altres material i/o productes químics. Per aquest fet el materials d’aquest grup són molt utilitzats en l’àmbit de ciència i tecnologia, per tant cada cop hi ha més demanda per aquests materials. Les característiques d’aquests materials també afavoreixen el seu ús com a catalitzadors químics, separant o neutralitzant substàncies que podrien perjudicar el medi ambient com per exemple en el cas de la industria automòbil i les impureses que generen els cotxes. El problema principal que tenen aquests elements és la seva escassetat i dificultats en obtenció,, ja que, no existeix cap mina que extregui un sol element sinó que s’obté com a subproducte d’un altre material més abundant que aporta més beneficis en la seva extracció. La majoria de les reserves mundials és troben a Sud-Àfrica en mines controlades per empreses Europees o Americanes on el material extres és transportat cap a països de 1er món per tal de fer el procés de purificació i elaboració. En aquest projecte ens centrarem en tots els metalls d’aquest grup que són el ruteni, l’osmi, el rodi, l’iridi, el pal•ladi i el platí.

Ruteni

Aquest material és una matèria primera molt interessant pels enginyers d’avui en dia gràcies a les seves propietats però al ser un dels metalls menys abundants en el nostre planeta és molt incòmode i poc econòmic d’utilitzar. Això passa perquè aquest material es troba en molts pocs minerals juntament amb altres metalls del grup del platí en les muntanyes de Ural i a Amèrica. Aquest matèria primera s’obté mitjançant processos químics que aconsegueixen separar-lo dels minerals que els contenen, provocat així residus difícils de contenir o reciclar el que produeix un ús poc sostenible. El procés més popular en les refineries és la electròlisis del les seves partícules. S’utilitza bàsicament per formar aliatges amb altres materials per tal d’endurir-los i fer-los més resistents al desgast i la corrosió. També es fa servir per fer de catalitzador en processos químics. És un materials molt difícil de reciclar , ja que, és difícil de separar-lo dels altres materials amb quins s’acostumen a unir. És encara més difícil de separar-lo si es fa servir com un catalitzador de processos químics que només es pot recuperar mitjançant complicats processos de sol-gel, que encara es troben en fase de desenvolupament científic i tenen poca eficiència.

Osmi

Es un material de transició, brillant de color gris, que igual que els altres materials d’aquest grup, poden ser interessants per tota mena d’investigadors i enginyers però no són gaire utilitzats per la seva escassetat i les dificultats en obtenció. Es troba en les muntanyes de Ural i en Amèrica. S’obté mitjançant processos químics que el separen dels seus aliatges naturals, que en la majoria dels casos son el platí i el iridi. Al ser uns processos força tòxics l’obtenció d’aquest material no es troba entre les activitats més sostenibles. Al ser un material molt dur i el més dens de tots els elements coneguts, es fa servir com a aliatge amb altres materials per tal de millorar la durabilitat. Un d’exemples clars d’on el podem trobar son les puntes de bolígrafs que contínuament estan sotmeses a la fricció i gràcies a aquest tractament poden ser utilitzades durant molt temps. Al ser un material tan escàs el tema del seu reciclatge és molt important, però es força difícil, pel fet de que normalment es fa servir per formar aliatges i aquests són difícils de descompondre en matèries primeres poder tornar-les a utilitzar.

Rodi

Aquest material del grup del platí de color blanc brillant també té unes propietats molt interessants, però per culpa de la seva escassetat és molt difícil d’utilitzar-lo en grans quantitats. S’acostuma trobar en les muntanyes de Ural aliat amb el platí i en les mines de Sud-Àfrica. També el podem trobar a les vores dels rius i en Amèrica del nord. Se sap que és el material menys abundant de tot el planeta amb un preu molt elevat que molts cops fa impossible utilitzar aquest material. S’obté mitjançant processos químics que el separen del platí, si es troba aïllat amb aquest. El seu processament no és molt difícil, ja que, la única feina que s’ha de portar a terme és purificar-lo i separar-lo mitjançant al electròlisis dels materials aliats amb ell. Això s’acostuma a efectuar en les industries Europees o Americanes on s’intenta obtenir un material amb el coeficient de puresa d’un 99,999%. Com ja hem dit abans els elements que pertanyen a aquest grup acostumen ser un bons catalitzadors per processos químics. Aquest material s’acostuma a utilitzar en la industria per exemple per efectuar la carbonilació del metanol. Un altre ús molt conegut de Rodi és en la industria automòbil on es fa servir en el catalitzadors de més bona qualitat que permeten superar les normes més exigents pel que fa la extracció de gasos perillosos per la salut i el medi ambient. L’única manera de dissoldre’l és utilitzant el àcid sulfúric a molta temperatura, ja que és un material molt resistent a factors exteriors i altres materials. Al ser un material dúctil es fàcil de manipular per tant te utilitat en joieria on és fa servir per galvanitzar el or blanc o la plata per tal de protegir-los dels factors del ús diari. Actualment és el material més car del planeta, ja que, la demanda per materials amb aquestes característiques es molt gran i la quantitat d’aquests cada cop és més petita. Avui en dia s’està investigant sobre uns possibles substituts d’aquest material però sense resultats, ja que, encara no s’ha descobert cap element amb aquestes característiques. És un material molt reciclat bàsicament a causa del seu preu elevat i la seva escassetat. També cal nombrar que aquesta activitat és la millor manera d’obtenir-lo i una de les més practicades. S’estima que es recicla un 60% de tot el material disponible en tot el món i que en el seu ús primari que són els catalitzadors del automòbils és recicla un 50% d’aquest.

Iridi

Iridi és un material descobert fa uns 200 anys i rep el seu nom en honor de la deessa Iris. És un material molt poc abundant tot i tenir moltes utilitats i característiques interesants. S’acostuma a trobar les muntanyes en el territori de Rússia i Canadà. És el 3er material conegut menys abundant en la escorça terrestre, després de Ruteni i Rodi. En molts casos s’obté com a subproducte de les mines de coure. També el podem trobar en molts meteorits en unes quantitats bastant notables. És un material molt utilitzat en àmbit industrial on és necessita un material molt resistent a la corrosió i altes temperatures. També al ser un material molt dur amb molt poc desgast és encara més interesant. Degut a la ultima característica s’ha utilitzat per formar un aliatge amb el platí que s’ha usat per construir el prototip de la barra d’un metre fent així que sigui un exemple internacional d’aquesta unitat. Últimament aquest material també es fa servir en el àmbit científic com a contenidor de substàncies perilloses i com a material principal per la producció dels antiprotons i la antimatèria. Al ser un material poc abundant, el seu reciclatge forma una part important del procés de la seva obtenció, fent així que es recicli un tan % molt elevat d’aquest element.

Pal•ladi

Aquest element de color blanc brillant semblant al platí, segueix la regla dels altres material del grup del platí i també és molt poc freqüent, la seva extracció no supera a les 200 tones al any provocant que aquest material sigui molt car, tot i que comparat amb els altres elements del grup del platí és pot considerar com un dels més abundants d’ells. S’acostuma trobar en les mines de coure i níquel i s’extreu com un subproducte d’aquests. El procés de purificació és l’única feina que aporta l’elaboració d’aquest material. Això s’acostuma a aplicar mitjançant la electròlisis, igual que tots els materials del grup del platí. Seguidament casi sempre el material és destil•la per tal de purificar-lo al màxim possible i gaudir de la major forma de les seves característiques. Pel que fa el usos, el pal•ladi, té una demanda enorme, ja què, es un catalitzador de molta qualitat i principalment s’utilitza en el automobilisme per tal de purificar els gasos de combustió transformant-los en vapor d’aigua o altres substàncies que no influeixen al medi ambient. També és un material molt utilitzat en l’electrònica com a revestiment del components. El reciclatge del pal•ladi és la principal font d’obtenció d’aquest material, per seu preu elevat i per les dificultats en obtenció natural. Es calcula que avui en dia es recicla un 65% del pal•ladi usat per diferents àmbits. Aquest material és més reciclat en la industria química on s’acostuma a usar-lo com a catalitzador, ja que, segons els càlculs de científics de la UE és torna a reutilitzar un 90% del material utilitzat d’aquesta manera. Una situació semblant la podem trobar en la joieria on és recicla entre un 80% i un 100% depenent del país i del estat de les joies.

Platí

Aquest material com casi tots els elements del grup del platí són uns subproductes d’altres materials que s’extreuen en les mines com a subproducte d’altres materials més abundants com en aquest cas de coure i níquel. La major part de producció està situada a Sud-africà i Rússia que són els principals proveïdors d’aquest. Platí juntament amb el pal•ladi són els elements més abundants d’aquest grup El processament d’aquest material és basa en la seva purificació mitjançant la electròlisis i la destil•lació tal com ja s’ha dit amb els altres materials d’aquest grup. Al ser un material molt brillant i molt semblant a la plata, la major part de la seva extracció està destinada a la joieria com a revestiment de les peces. També una gran part d’aquest material està destinada a la industria automòbil on es fa servir, juntament amb el pal•ladi, com a catalitzador de gasos. També s’utilitza en electrònica en la producció de discos durs i per aquest fet la memòria del disc té aquest color blanc molt brillant. Igual que els altres materials d’aquest grup, el Platí, és un material molt reciclat, per seu elevat preu i dificultats en obtenció. S’estima que avui en dia es recicla un 65% de tot el material disponible arreu del món i igual que en el cas del pal•ladi l’àmbit on es més reciclat aquest material és la industria química i la joieria on és recicla un 90% d’aquest.

3.4 Indi

Obtenció

Aquest metall de color blanc brillant amb una demanda molt gran es troba sobre tot en mines de zinc i coure en els quals forma un subproducte de gran valor. És un element força poc abundant, ja que se’n treu només unes 600 tones a l’any a tot arreu del món, bàsicament en les mines i refineries en Bèlgica, Xina, Canadà, Japó i República de Corea.

Processament

El processament del indi es basa sobre tot en la electròlisis per tal de separar-lo del zinc i altres materials amb els quals forma aliatges. Aquest mineral pot ser refinat fins a obtenir una puresa de 99,9999% en les refineries més bones en Europa, també s’ha de dir que només un 17% de refineries de zinc són capaces d’extreure el Indi, en totes les altres, aquest es perd definitivament. El preu mitjà d’aquest element és d’uns 150 euros per kilogram.

Usos

És un material molt important per la industria mundial, ja que gràcies a les seves característiques era molt útil en molts àmbits al llarg de la història. Durant la segona mundial el enginyers nazis el feien servir per tal de recobrir els motors de reacció dels seus avions amb la finalitat d’augmentar la seva durabilitat, fer-los més resistents a la corrosió i als factors externs que no podien preveure. Avui en dia aquest material te una utilitat molt important, que és la creació de la llum blava dels led’s que tots coneixem, aquests van ser descoberts fa poc temps ja que mancava un material que els hi permetis al enginyers l’obtenció de la llum blava durant un llarg període de temps i amb una eficiència satisfactòria. També serveix per formar miralls de gran qualitat, ja que, reflexa la llum de la mateixa manera que la plata, però és molt més resistent a tota mena de factors que podrien fer malbé a aquesta. Al ser un material conductor és fa servir per la construcció d’alguns semi-conductors, format així uns aliatges amb altres materials, donant unes característiques molt interesants, com per exemple una durabilitat molt superior a la d’un material sense aquest aliatge. El seu òxid també té moltes utilitats, ja que com que condueix electricitat i és transparent es poden formar d’ell els elèctrodes de pantalles tàctils i altres coses amb les quals és important la transparència. En el seu estat normal i en la temperatura ambient és un material molt dúctil que també te certs avantatges a l’hora de manipular-lo. La seva utilitat important també pot ser la formació d’aliatges amb element de baixa de temperatura de fusió, augmentat així la seva durabilitat, per exemple un aliatge de 24% de indi i 76% de gal•li es troba en estat líquid amb la temperatura ambient.

Reciclatge

Per que fa el reciclatge, com tots els materials que s’extreuen amb aquestes quantitats i que tenen una demanda tan gran, és un material molt reciclat, sobre tot en Japó que gràcies a seus científics que han estandarditzat i millorat el procés de reciclatge han sigut capaços d’equilibrar la seva demanda i producció, fent que sigui un material tan popular i tan utilitzat en molts àmbits de la nostre vida diària. En any 2010 s’han reciclat unes 950 tones d’aquest element essent un 60% de la seva producció total on només les pantalles LCD no ha pogut ser reciclades per les baixes concentracions del material en elles fent que sigui un procés amb molt poc benefici.

4. Conclusions

Com hem vist al llarg del treball, la nostra vida diària seria relativament impossible sense la tecnologia que està al nostre abast, i es que actualment, en el desenvolupament dels nostres treballs i en les activitats de recreació, utilitzem eines d'origen tecnològic com a vehicles, maquinàries i electrodomèstics, i serveis com telefonia, internet i televisió. Aquests faciliten i agiliten les nostres activitats permetent-nos ser més eficients però al mateix temps ens fan més i més dependents d’ells. Fins aquí no hi hauria cap problema, però la producció d’aquestes facilitats tecnològiques agilitzen el procés d’envelliment i destrucció del nostre planeta, n’acabem els seus recursos i el contaminem irreversiblement. Però tot i sent plenament conscients del que estem causant, el poder de les grans empreses i el consumisme que s’ha arreglat a la nostre manera de pensar, no permet que el nostre planeta descansi ni es refaci dels desperfectes que li produïm diàriament. És per aquestes raons que avui en dia milers “d’enginyers sostenibles” buscant alternatives i solucions als problemes que aporten la construcció d’aquestes eines d’origen tecnològic. Dels materials que hem estudiat en aquest treball podríem destacar per les seves increïbles qualitats, propietats i sostenibilitat al grafè. Podríem dir que el grafè es aquell material que cobreix totes les nostres necessitats i a mes a mes les seves utilitats són tantes que abasten gairebé tots els camps del nostre dia a dia, millorant-los i fent-los així, molt més òptims i nets. Com que està compost per carboni, en la seva totalitat, el seu reciclatge no suposa cap problema i serà capaç de millorar el consum de molts dels nostres aparells actuals. Així doncs el grafè podria ser el nostre perfecte aliat per a aquest futur insostenible al que tots anem a parar. Pel que fa al platí, també és un material força reciclable, tot i que les seves utilitats no s’apropen a les de grafè. Al utilitzar-se com a material de recobriment i no formar-ne aliatges amb ell és molt més fàcil reciclar-lo, en reutilitzem un 90% aproximadament. Així doncs, la substitució dels materials més escassos i contaminats per altres de més nets i sostenibles afavoriria la cura del nostre planeta, ja que és l’únic habitat del que disposem. Malgrat ens sembli que els seus recursos són il•limitats, cada dia disposem de menys temps per parar aquest devastador procés de destrucció. Serem capaços d’aturar-lo?

5. Bibliografia

EUbusiness. EC Communication on Commodity Markets and Raw Materials [en línia]. Richmond: Nick Prag, 2011. [Consulta: 28 maig 2014]. Disponible a <http://www.eubusiness.com/topics/food/commodities.11>

The American Ceramic Society. Europe says it is ramping up its strategic materials plan [en línia]. Westerville: Ceramics.org, 2011. [Consulta: 27 maig 2014]. Disponible a <http://ceramics.org/ceramic-tech-today/europe-says-it-is-ramping-up-its-strategic-materials-plan>.

European Commission. 20 critical raw materials – major challenge for EU industry [en línia]. Brusel•les: European Commission, 2014. [Consulta: 27 maig 2014]. Disponible a <http://ec.europa.eu/enterprise/newsroom/cf/itemdetail.cfm?item_id=7547&lang=en&tpa_id=1019&title=20-critical-raw-materials---major-challenge-for-EU-industry>

European Commission. Report on critical raw materials for the EU [en línia]. Brusel•les: European Commission, 2014. [Consulta: 27 maig 2014]. Disponible a <http://ec.europa.eu/enterprise/policies/raw-materials/files/docs/crm-report-on-critical-raw-materials_en.pdf>

Instituto de Tecnologías Educativas. Indicadores y Datos de las Tecnologías de la Información y la Comunicación en la Educación en Europa y España [en línia]. Madrid: Ministerio de Educación, 2011. [Consulta: 25 maig 2014]. Disponible a <http://recursostic.educacion.es/blogs/europa/media/blogs/europa/informes/indicadores_y_datos_tic_europa_y_espa_a_09_10_ite_.pdf>

Mundo Contact. En 2014 caerá el gasto tecnológico global [en línia]. México DF: Mundo Contact, 2014. [Consulta: 26 maig 2014]. Disponible a: <http://mundocontact.com/en-2014-caera-el-gasto-tecnologico-global/>

InfoGrafeno. Todo sobre el grafeno [en línia]. [Consulta: 20 maig 2014]. 2014. Disponible a: <http://www.infografeno.com/>

MásVerde. El grafeno es el material más ecológico del mundo [en línia]. 2013. [Consulta: 22 maig 2014]. Disponible a: <http://noticias.masverdedigital.com/2011/el-grafeno-es-el-material-mas-ecologico-del-mundo/>

Diario de Avisos. El material más eficiente del mundo es también el más ecológico [en línia]. Santa Cruz de Tenerife: Canavisa, 2011. [Consulta: 23 maig 2014]. Disponible a: <http://www.diariodeavisos.com/2011/09/el-material-mas-eficiente-del-mundo-es-tambien-el-mas-ecologico/>

LennTech. El Tantalio [en línia]. Rotterdam, 2014. [Consulta: 23 maig 2014]. Disponible a: <http://www.lenntech.es/periodica/elementos/ta.htm>

Ojo Científico. Características del tantalio [en línia]. Montevideo, 2014. [Consulta: 23 maig 2014]. Disponible a <http://www.ojocientifico.com/5028/caracteristicas-del-tantalio>

Público. Coltán, el futuro insostenible [en línia]. Madrid: Público, 2011. [Consulta: 23 maig 2014]. Disponible a <http://www.publico.es/244572/coltan-el-futuro-insostenible>

Metal Actual. Tantalio y Niobio: Metales refractarios: Desmitificando el coltán [en línia]. Colombia: Metal Actual, 2013. [Consulta: 23 maig 2014]. Disponible a < http://www.metalactual.com/revista/16/materiales_coltan.pdf>

European Commission. Report on Critical Raw Materials for the EU: Critical Raw Materials Profiles [en línia]. Brusel•les: European Commission, 2014. [Consulta: 24 maig 2014]. Disponible a <http://ec.europa.eu/enterprise/policies/raw-materials/files/docs/crm-critical-material-profiles_en.pdf> LennTech. Elementos [en línia]. Rotterdam, 2014. [Consulta: 23 maig 2014]. Disponible a: <http://www.lenntech.es/periodica/elementos/ta.htm>

Royal Society of Chemistry. Periodic Table [en línia]. Londres, 2014. [Consulta: 26 maig 2014]. Disponible a: <http://www.rsc.org/periodic-table>