Las tierras raras incluyen los 15 lantánidos, además del escandio y el itrio, sumando un total de 17 elementos. En el estudio mencionado, se analizó la formación de complejos con los elementos extremos de esta serie: lantano (La) y lutecio (Lu).
En una reciente emisión de La Araña Patona en Radio UNAM, los doctores Orlando Castro Ocampo y Gustavo Santos Raga, investigadores del Instituto de Energías Renovables (IER) de la UNAM, compartieron un hallazgo revolucionario: los fluidos geotérmicos, hasta ahora explotados principalmente para generar electricidad y calor, pueden ser una fuente secundaria de elementos de tierras raras.
Estos elementos químicos, también referidos como la serie de los lantánidos, esenciales en la tecnología moderna, podrían extraerse de manera más sostenible, impulsando la transición energética.
La investigación fue publicada en inglés en una revista arbitrada. El artículo se titula “Perspectivas sobre la movilidad de los complejos de tierras raras en las interacciones entre agua subterránea y roca”. “Perspectivas sobre la movilidad de complejos de tierras raras en interacciones agua subterránea- roca: una visión geoquímica desde la modelación en química computacional”.
Los autores son Orlando Castro, Gustavo Santos, Edgar Santoyo, Fernando Guerrero, Cornelio Delesmo y Jesús Muñiz.
Gustavo Santos responde: “No son tan raras: hay 17 de estos elementos (incluyendo escandio e itrio), presentes en la corteza terrestre, pero en concentraciones muy bajas, que hoy requieren procesos caros y complejos para su extracción”.
“Imaginen una “olla exprés” natural. La energía térmica proviene de la fricción de las placas tectónicas, del calor residual del núcleo terrestre y la desintegración de isótopos radioactivos".
“Cuando ese calor se concentra en reservorios profundos, éste calienta el agua subterránea en zonas de alta presión y pH variable, lo que produce una solución muy rica en compuestos químicos (salmueras) que se aprovechan en la superficie para generar electricidad y en otros usos directos posibles.”
Orlando Castro explica: “en las zonas geotérmicas, el fluido caliente interactúa con la roca caliente, lixiviando minerales y disolviendo una parte de ellos. Al enfriarse o cambiar sus condiciones, la solución se reconcentra y algunos elementos precipitan, formando minerales secundarios”.
En este proyecto de frontera, los investigadores midieron concentraciones de tierras raras y detectaron anomalías geoquímicas muy interesantes, especialmente en el sistema geotérmico “oculto” de Acoculco, Puebla.
Orlando puntualiza que para complementar estos estudios se realizó un estudio computacional sobre la formación de complejos de tierras raras.
“Usamos la Teoría del funcional de la densidad (DFT) y dinámica molecular ab initio para modelar cómo suelen formarse complejos de lantano y lutecio (los extremos de la serie de lantánidos) con aniones mayores como los sulfatos, carbonatos y cloruros".
“Aunque el lutecio tiene más protones que el lantano, su radio iónico es menor debido a un fenómeno de contracción, un menor efecto de apantallamiento en los orbitales 4f y a efectos relativistas en las capas electrónicas más internas”.
“Se hizo la validación de campo: los resultados teóricos coincidieron con las mediciones en salmueras reales, reforzando la predicción de formación de complejos químicos y las condiciones dominantes de pH y temperatura”.
“Las Tierras Raras son trazadores naturales de diversos procesos en el interior de nuestro planeta, y aunque en el pasado su análisis en las salmueras geotérmicas era complicado por sus niveles muy bajos de concentración, hoy en día se considera un problema resuelto por la disponibilidad de técnicas de muy alta sensibilidad como la espectrometría de masas, esta ventaja facilita la realización de una amplia variedad de investigaciones de frontera para evaluar su análisis, estudiar su transporte, así como su extracción y diversas aplicaciones potenciales".
"Desde el punto de vista de extracción de tierras raras, la huella ambiental esperada con su extracción en sistemas geotérmicos es menor y más sustentable con respecto a los minerales disponibles en minas, ya que generalmente en estos últimos depósitos se requiere dinamita, grandes volúmenes de agua y altos consumos de energía."
“No se busca reemplazar por completo a la minería tradicional, sino complementarla y mejorar la eficiencia en el uso de materias primas para el avance tecnológico.”
Los investigadores dieron varios ejemplos de las aplicaciones tecnológicas de las llamadas “tierras raras”.
El Europio y el Terbio se usan en pantallas LED.
El Neodimio y el Disprosio en imanes permanentes para aerogeneradores y discos duros.
El Praseodimio en útil en láseres y aleaciones.
El lantano y el Cerio tienen un uso creciente en la fabricación de baterías de vehículos eléctricos.
Orlando y Gustavo proyectan modelar los lantánidos intermedios, investigando el famoso efecto impar-par (odd-even) que presentan estos elementos en la naturaleza.
Es imprescindible ampliar la colaboración multidisciplinaria: la sinergia entre los trabajos de campo y la simulación computacional puede acelerar no sólo el descubrimiento de zonas geotérmicas ricas en tierras raras, sino facilitar el estudio de su fraccionamiento o transporte en estos sitemas.
Aún quedan por resolver aspectos técnicos y económicos para escalar el proceso de extracción desde las instalaciones de plantas geotérmicas hasta sistemas de separación de alta pureza.
Hoy en día, China es el mercado de tierras raras (más del 68% de la producción o reservas). Desarrollar fuentes alternativas en nuestro país y otros lugares estratégicos puede fortalecer la seguridad energética y tecnológica.
Las investigaciones de frontera que actualmente se realizan en este campo de conocimiento en el Instituto de Energías Renovables de la UNAM podrán abrir una nueva alternativa tecnológica para aprovechar no sólo el calor interno de la Tierra, sino también su riqueza química como materiales críticos.
Convertir las salmueras geotérmicas en “minas líquidas” de tierras raras podría impulsar una tecnología más eficiente y sostenible, acercándonos a un modelo energético más renovable con una perspectiva de economía circular.
Las tierras raras incluyen los 15 lantánidos, además del escandio y el itrio, sumando un total de 17 elementos. En el estudio mencionado, se analizó la formación de complejos con los elementos extremos de esta serie: lantano (La) y lutecio (Lu).
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