La humanidad exprime la tabla periódica de espaldas a sus riesgos

La mina de Bayan Obo en la Mongolia Interior (China) contiene una gran cantidad de minerales de tierras raras. Font: REUTERS (2011).
La mina de Bayan Obo en la Mongolia Interior (China) contiene una gran cantidad de minerales de tierras raras. Font: REUTERS (2011).

La naturaleza hace millones de años que se las apaña con unos pocos elementos de la tabla periódica. Carbono, calcio, oxígeno, hidrógeno, nitrógeno, fósforo, silicio, azufre, magnesio y potasio construyen casi toda la vida del planeta (troncos, hojas, pelos, dientes, etc). En cambio, para construir el mundo de los humanos, las urbes, los productos sanitarios, las vías de los trenes, los aviones y sus motores, los ordenadores o un Smartphone, necesitamos muchísimos más elementos químicos. Un artículo reciente publicado en la prestigiosa revista Trends in Ecology and Evolution, liderado por un equipo de investigación del CREAF, la Universidad Autónoma de Barcelona (UAB) i el CSIC alerta de que el conjunto de elementos químicos que necesitamos los humanos (lo que científicamente se conoce como el elementoma humano) está divergiendo cada vez más del que necesita la naturaleza (el elementoma biológico). En 1900 los elementos que utilizaban los humanos provenían en un 80% de la biomasa (madera, plantas, alimentos, etc), en 2005 este porcentaje ya sólo equivalía al 32% y se espera que en 2050 sea sólo del 20%. Nos dirigimos a una situación en la que el 80% de los elementos que utilicemos sean de fuentes no biológicas. 

"Sostener el elementoma humano será cada vez más complejo y arriesgado, habrá que hacerlo en términos de justicia ambiental y, por supuesto, con un uso más racional de los recursos limitados de la Tierra”​
JAUME TERRADAS, fundador del CREAF, profesor honorario de la UAB y autor del artículo.​

Los elementos no biológicos como minerales o tierras raras son escasos o prácticamente inexistentes en los seres vivos y raros en general, estando las reservas importantes en muchos casos localizadas en unos pocos países. Hay que obtenerlos de fuentes geológicas, lo que implica extracción, comercialización entre países y que se desarrollen tecnologías de reciclaje eficientes, y su escasez y localización pueden dar lugar a conflictos sociales, económicos, geopolíticos y ambientales. Por ello, aunque a priori, puede parecer que estamos ante un tema de interés sólo científico, en realidad tiene enormes consecuencias.  

Unos cuántos elementos construyen casi toda la vida del planeta, mientras que los humanos necesitamos muchísimos más elementos químicos. Imagen: CREAF.

La humanidad, atada de pies y manos a su uso expansivo de la tabla periódica 

El estudio revisa la historia de la humanidad en base al uso de elementos de la tabla periódica. Según el artículo, el elementoma humano comenzó a divergir del elementoma biológico en la década de 1900, asociado al continuo aumento de consumo de materiales que no provenían de la biomasa (combustibles fósiles, materiales metálicos/industriales, materiales de construcción).

A lo largo del siglo XX, el elementoma humano ha ganado elementos de la tabla periódica, usados en la construcción, el transporte, la industria y, más recientemente, en las nuevas tecnologías, como, los dispositivos de computación, los fotovoltaicos y los teléfonos móviles. Estos elementos incluyen el silicio, el níquel, el cobre, el cromo, el oro y otros mucho menos frecuentes como el samario, el iterbio, el itrio, el neodimio, etc. En las dos últimas décadas, el uso de estos elementos escasos se ha incrementado para implementar y expandir el uso de las nuevas tecnologías y las fuentes de energía limpias.

Divergència creixent entre els elementomes humà total i biològic. Font: Penuelas, J., Sardans, J., & Terradas, J. (2022).
Divergencia creciente entre los elementomas humano total y biológico. Fuente: Penuelas, J., Sardans, J., & Terradas, J. (2022).

Riesgos ambientales, económicos, sociales y geopolíticos 

La extracción de elementos químicos de la Tierra puede ser limitante y conllevar crisis a todos los niveles

El artículo es concluyente: la extracción de elementos químicos de la Tierra puede ser limitante y conllevar crisis a todos los niveles. Utilizar más elementos de la tabla periódica significa extraer más minerales, un consumo creciente de energía y las emisiones de CO2 asociadas. Además, la creciente escasez de estos elementos amenaza su disponibilidad, especialmente para los países pobres, e incluso dificulta el mantenimiento de la producción en los países ricos, afectando así al desarrollo económico.  

La mina "La Ganadería", pròxima a San Martín de Turumbán (Venezuela), deixa veure les seqüeles de l'extracció del mercuri. Fuente: Infoamazonia

 

La mina «La Ganadería», próxima a San Martín de Turumbán (Venezuela), deja ver las secuelas de la extracción del mercurio. Fuente: Infoamazonia.

En este contexto, los aspectos geopolíticos también desempeñan un papel importante y problemático. Las reservas naturales de varios de estos elementos, como las tierras raras, se encuentran en un número limitado de países (China, Vietnam, Brasil, Estados Unidos, Rusia y República Democrática del Congo), con más del 90% de la oferta mundial y cerca del 40% de las reservas bajo el control de China. Su disponibilidad está, pues, sujeta a las fluctuaciones de la oferta y los precios por intereses geopolíticos contrapuestos, con el consiguiente riesgo de conflictos.  

El canvi exponencial progressiu del elementoma humà total, definit com el número i les quantitats d'elements utilitzats biològica i no biològicament pels éssers humans. Aquest elementoma humà ha divergit cada vegada més del elementoma biològic que caracteritza els elements utilitzats biològicament. (A) Quantitats totals de biomassa i materials no biomásicos (Gt/a) utilitzats en el elementoma humà de 1990 a 2060. Material no biomásico = combustibles fòssils + materials metàl·lics/industrials + materials de construcció. (B) Quantitats totals de materials (Gt/any) utilitzats en el elementoma humà de 1990 a 2060 dividides per tipus de material (biomassa, combustibles fòssils, materials metàl·lics/industrials i materials de construcció).

 

El cambio exponencial progresivo del elementoma humano total, definido como el número y las cantidades de elementos utilizados biológica y no biológicamente por los seres humanos. Este elementoma humano ha divergido cada vez más del elementoma biológico que caracteriza los elementos utilizados biológicamente. Fuente: Penuelas, J., Sardans, J., & Terradas, J. (2022).

Fin a la obsolescencia programada, reciclaje y recuperación 

 Los autores recalcan que hay que poner fin a la obsolescencia programada (política de planificación o diseño de un producto con una vida útil artificialmente limitada) y hay que desarrollar nuevas tecnologías que favorezcan un uso más rentable de estos materiales escasos y que permitan su reciclaje y reutilización generalizados y eficientes. Debemos tener en cuenta que hoy existen pocas alternativas, por no decir ninguna, a muchos de estos elementos y que sus tasas de reciclaje son bajas debido a que se usan pequeñas cantidades en combinación con otros materiales en una amplia gama de productos. Las técnicas actuales de recuperación tienen bajos niveles de eficiencia y conllevan un gran riesgo de contaminación debido a la toxicidad de los elementos de tierras raras.  

Sistema de reciclatge de neodimi, que pot fondre's per a fabricar nous imants. Font: Less Common Metals.

 

Sistema de reciclaje de neodimio, que puede fundirse para fabricar nuevos imanes. Font: Less Common Metals.

El articulo recoge varias tecnologías para recuperar estos elementos escasos, como por ejemplo la biolixiviación, que es la extracción de metales de sus minerales mediante el uso de organismos vivos, como bacterias, que son capaces de acumular elementos de tierras raras si entran en contacto con residuos industriales. Por otra parte, para evitar la contaminación, se está estudiando la biosorción, un proceso fisicoquímico que se da de forma natural en ciertos organismos y que permite filtrar contaminantes, por ejemplo, metales pesados de aguas contaminadas. Otras posibilidades son la criomolienda, recuperación por deposición electroquímica. El uso de diversos nanomateriales basados en el carbono como métodos de sorción para preconcentrar los elementos raros de las aguas residuales a partir de residuos disueltos; la hidrometalurgia para obtener una gran recuperación de tierras raras y metales pesados a partir de la apatita y de diversos desechos; y la pirometalurgia o la extracción de fluidos supercríticos con CO2. En cualquier caso, es esencial el desarrollo de nuevas formas de producir y reciclar a gran escala estos elementos.  

Artículo:

Penuelas, J., Sardans, J., & Terradas, J. (2022). Increasing divergence between human and biological elementomes. Trends in Ecology & Evolution.

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Este artículo está dedicado a la memoria de nuestro estimado Marc Estiarte y Garrofé, fallecido el 22 de septiembre de 2022 a los 55 años,