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La sostenibilità delle risorse minerarie

La domanda di materie prime è in rapida crescita e rappresenta un grosso problema per la sostenibilità, sia a breve sia a lungo termine

La sostenibilità può essere definita come la capacità di soddisfare le esigenze del presente senza intaccare la possibilità di soddisfare le esigenze delle future generazioni. Nell’ambito delle risorse ciò si traduce fondamentalmente in due obiettivi da perseguire:

  • garantire le forniture di materie prime necessarie per mantenere o migliorare gli standard di vita attuali;
  • far sì che la filiera produttiva che garantisce queste forniture non dia luogo a un insostenibile degrado ambientale.

L’unico modo per raggiungere il primo obiettivo è l’individuazione di nuove risorse attraverso l’esplorazione mineraria, per la quale la conoscenza approfondita dei processi geologici nel quadro dell’evoluzione geologica della Terra e della tettonica delle placche è fondamentale.

Negli ultimi 40 anni la quantità di risorse estratte è raddoppiata, superando, a livello globale, gli 80 miliardi di tonnellate. La crescita maggiore si ha nel settore delle risorse di minerali metallici, la cui estrazione nello stesso periodo è triplicata. Questi sono anche la materia prima più importante per le nuove tecnologie che trainano le economie mondiali.

Data la sempre maggiore rilevanza, anche geopolitica, dell’approvvigionamento delle materie prime, molti Paesi hanno formulato una procedura per l’individuazione di materie prime critiche. L’Unione Europea dal 2010 emette con cadenza biennale un report che elenca le Materie Prime Critiche (CRMs, Critical Raw Materials), individuate in base a due parametri:

  • l’Economic Importance valuta l’importanza della specifica materia prima per l’economia dell’Unione, con particolare riguardo al suo ruolo per le nuove tecnologie;
  • il Supply Risk è invece un indice che individua il rischio di interruzioni o carenze nella fornitura della materia prima al mercato dell’Unione. Questo parametro considera la dipendenza dalle importazioni, la concentrazione delle importazioni da pochi Paesi e da Paesi ad alto rischio geopolitico quali fattori di incremento dell’indice.

Una materia prima è quindi critica se supera per entrambi i parametri determinati valori soglia. L’ultimo report, pubblicato nel 2020, individua 28 materie prime critiche, tutte, eccetto quattro, costituite da metalli. Ciò si deve in parte anche all’innovazione tecnologica che ha individuato proprietà utili in molti metalli, spesso molto rari, che fino a poco tempo fa non trovavano impieghi industriali significativi. Metalli come quelli del gruppo delle terre rare, del gruppo del platino, il famigerato coltan, costituito dalla coppia niobio-tantalio, e il litio sono oggi indispensabili per lo sviluppo di tecnologie avanzate e costituiscono tutti materie prime critiche.

Tra tutte le categorie di risorse quelle costituite dai giacimenti di minerali metallici presentano la distribuzione più disomogenea a livello globale. Questo è anche fonte di attriti geopolitici internazionali che spesso sono sfociati in veri e propri conflitti armati o in destabilizzazione di stati e guerre civili. 

A cosa si deve una distribuzione così disomogenea delle risorse di minerali metallici? Il motivo principale consiste nella specificità e rarità dei processi geologici che portano alla formazione dei giacimenti minerari. Spesso è necessaria una concatenazione di processi geologici rari per dar luogo a un giacimento minerario, ovvero un volume di roccia con una concentrazione del metallo utile sufficiente a permetterne una estrazione che garantisca un profitto. 

Oggi una piccolissima quota della domanda può essere coperta dal riciclo dei metalli da apparecchiature esauste e nel prossimo futuro non è prevedibile che questa quota possa crescere fino a coprire una porzione importante del fabbisogno. Ciò si deve alla difficoltà nel recupero, che spesso ha costi energetici tali da essere addirittura dannoso per l’ambiente, ma anche alle condizioni di forte crescita della domanda. In tale situazione anche se riuscissimo a riciclare il 100% di un metallo, potremmo farlo solo al termine della vita delle apparecchiature in cui è impiegato. Se per esempio consideriamo un metallo utilizzato nelle batterie delle auto, questo potrà essere riciclato solo dopo circa 10 anni dalla produzione delle auto e nel frattempo la domanda per quello stesso metallo sarà fortemente aumentata.

L’unico modo per soddisfare la domanda di metalli è quindi individuare nuovi giacimenti. Negli ultimi decenni la ricerca in campo giacimentologico, stimolata dalle condizioni del mercato, ha fatto importanti passi avanti: è stata incrementata la resa dei giacimenti noti, sono stati individuati nuovi giacimenti di tipologia nuova in aree inesplorate, ma soprattutto sono state individuate e messe in produzione nuove tipologie di giacimenti, grazie allo studio e alla migliore comprensione dei processi geologici.

Due esempi di recenti sviluppi, relativi a un metallo impiegato da lungo tempo e uno invece fortemente legato alle nuove tecnologie, possono esemplificare bene il fenomeno.

Il nichel

Il nichel, oltre ad altri impieghi minori, tra cui ben noto quello nel conio di monete, è soprattutto utilizzato come principale componente che, aggiunto alla miscela di ferro e carbonio dei normali acciai, permette la produzione di acciai inox resistenti alla corrosione.

Fino a poco tempo fa il nichel veniva estratto unicamente da giacimenti di origine magmatica, i più importanti dei quali, i cosiddetti giacimenti di nichel komatiitico, sono legati a condizioni geologiche uniche, risalenti all’eone Archeano, oltre 2,5 miliardi di anni fa. Questi giacimenti sono presenti solo nei nuclei più antichi dei continenti, come in Canada e Australia.

La ricerca giacimentologica e lo sviluppo di tecnologie che permettono l’estrazione di nichel da minerali diversi da quelli precedentemente usati hanno permesso di individuare una categoria completamente nuova di giacimenti di nichel, che oggi prevalgono per produzione sui precedenti. Solo così è stato possibile soddisfare la crescente domanda di questo metallo. Vediamo come.

In primo luogo, è necessario individuare aree in cui affiorino rocce ultramafiche, in genere provenienti dal mantello terrestre e portate in superficie dai processi della tettonica delle placche nelle zone di subduzione. Queste rocce, che presentano una significativa preconcentrazione di nichel, nei climi tropicali possono subire dei processi di alterazione pedogenetica che portano alla formazione di suoli ricchi di nichel. Si formano così giacimenti di nichel lateritico, dal nome del processo pedogenetico. Questa risorsa, disponibile soprattutto in Paesi tropicali come l’Indonesia, le Filippine, ma anche il piccolo arcipelago della Nuova Caledonia, costituisce oggi la principale fonte di nichel.

Il rodio

Il rodio è un metallo nobile del gruppo degli elementi del platino che comprende anche osmio, iridio, rutenio, palladio e, appunto, platino. Si tratta di metalli con particolari proprietà che li rendono di inestimabile valore per le nuove tecnologie, in particolare per quelle ecocompatibili, dato che essi sono i migliori catalizzatori e permettono, ad esempio nelle marmitte delle auto, di abbattere il contenuto di sostanze inquinanti dei gas di scarico.

La recente invenzione di marmitte con catalizzatori al rodio, particolarmente efficienti, ha provocato un forte aumento della domanda di questo metallo, a cui non è corrisposta una altrettanto rapida crescita dell’offerta. Il sistema produttivo, in particolare dell’industria automobilistica, ne ha fortemente risentito e il prezzo del rodio è schizzato in brevissimo tempo alle stelle, raggiungendo un massimo a circa 900 euro al grammo (circa 18 volte il prezzo dell’oro) nel marzo del 2021.

Il rodio è un metallo rarissimo nella crosta terrestre dato che nelle prime fasi di differenziazione del nostro pianeta è sprofondato, insieme agli altri metalli del gruppo del platino, nel mantello e nel nucleo. I processi geologici in grado di concentrarlo nella crosta sono pochi e estremamente rari. Il principale consiste nella risalita di grandi corpi magmatici dal mantello alla base della crosta in ambienti stabili dal punto di vista della tettonica delle placche. La lenta differenziazione degli elementi durante il raffreddamento del corpo magmatico, che dura molti milioni di anni, può generare sottili letti decimetrici arricchiti nei sei metalli del gruppo del platino. È quanto avvenuto in Sudafrica, dove affiora in superficie il più grande di questi corpi magmatici, il plutone del Bushveld. Oggi oltre la metà della produzione mondiale di questi metalli proviene dai giacimenti del Bushveld e, in particolare, da due orizzonti dello spessore di pochi decimetri.

Le miniere si spingono già a diversi km di profondità in condizioni estreme ed è difficoltoso aumentare la produzione; inoltre, l’estrazione di rodio è strettamente legata a quella degli altri cinque metalli associati, per cui essi vengono necessariamente estratti in una proporzione fissa, dove a dominare è il platino. Ciò fa sì che se l’impennata del prezzo del rodio non è associata a una uguale impennata nel prezzo del platino non risulta conveniente aumentare la produzione delle miniere, perché questo creerebbe un eccesso di offerta di platino e un calo del suo prezzo, non compensato dall’aumento di guadagno sul rodio.

La mancata capacità di adeguare l’offerta di rodio alla rapidissima crescita della domanda oltre a generare un’impennata nel suo prezzo ha portato anche a ritardi e interruzioni nelle forniture che si sono ripercossi in tutta la filiera produttiva, con ritardi nelle consegne delle autovetture e grandi problemi a tutto il settore industriale dell’automobile.

La sfida della ricerca di nuove tipologie di giacimenti di rodio è aperta, la crescita dei prezzi agevola gli investimenti in ricerca, ma la soluzione non è mai a portata di mano. Intanto nei primi giorni del 2021 il prezzo del rodio ha ripreso a crescere vertiginosamente.

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Diagramma delle materie prime critiche dal rapporto 2020 dell’Unione Europea: le materie prime critiche sono quelle, in rosso, che superano per entrambi i parametri delle soglie minime (immagine: Unione Europea)

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Produzione mondiale di nichel: sono presenti i vecchi produttori da giacimenti magmatici come Australia e Canada, ma il mercato è ormai dominato dai giacimenti lateritici di Indonesia, Filippine e Nuova Caledonia, che, da soli, forniscono oltre la meta della produzione mondiale di nichel (immagine: Statista)

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Un cubetto di rodio di 2 cm di lato al momento del picco massimo del prezzo, nel marzo del 2021, valeva circa 90 000 euro (immagine: Wikipedia)

Estrazione riserve

Incremento dell’estrazione di risorse a livello mondiale, il massimo aumento riguarda le risorse di minerali metallici.