El hecho de que una multinacional extranjera, <a href="https://www.hoganas.com/" alt="Höganäs AB" title="Höganäs AB" target="blank">Höganäs AB</a>, acuda a un centro de investigación nacional, <a href="https://nanociencia.imdea.org/" title="IMDEA Nanociencia" alt="IMDEA Nanociencia" target="blank">IMDEA Nanociencia</a>, para lanzarse al desarrollo conjunto de nuevos imanes permanentes, deja patente una necesidad de innovación tecnológica, una base sólida de conocimiento complementario y la convicción de que la unión entre ciencia e industria es la vía más acertada para lograr tan ambicioso objetivo.
Las iniciativas nacionales, aunque escasas en la concesión de recursos, pueden servir como punto de partida para desarrollar ideas que supongan el germen de proyectos de mayor magnitud e impacto. Este ha sido el caso del Grupo de Imanes Permanentes y Aplicaciones de IMDEA Nanociencia creado en el año 2012 y que, a partir de un proyecto nacional, 'ENMA', financiado por el Ministerio de Economía, Industria y Competitividad (MINECO), ha desarrollado una iniciativa europea de mayor envergadura, 'NEXMAG' y, recientemente y en base a los resultados obtenidos, ha logrado atraer la atención del líder mundial en la fabricación de polvos metálicos, Höganäs AB, para unir esfuerzos y recursos en un proyecto común. El objetivo es el desarrollo y producción industrial de nuevos imanes permanentes libres de tierras raras, como alternativa a los comúnmente empleados.
El uso de estos imanes se extiende a prácticamente toda la tecnología que nos rodea, desde los discos duros a los teléfonos móviles, motores (implementados en multitud de sectores: renovables, automoción, aeronáutica, industrial...), altavoces, lavadoras, ascensores, etc. A título de ejemplo, un coche contiene más de 200 imanes permanentes, mientras que una turbina eólica de potencia media puede llegar a alcanzar las 3,5 toneladas de imanes (cantidad equivalente a la contenida en unos 1.250 automóviles). Aplicaciones tecnológicas de este tipo requieren por lo general imanes capaces de generar un elevado campo magnético con un reducido volumen, permitiendo, por tanto, optimizar el tamaño de los dispositivos y el costo derivado de un incremento innecesario en peso (imprescindible en la miniaturización de dispositivos y crítico en aplicaciones automovilísticas y, más aún, en el campo de la aeronáutica y aeroespacial). El problema reside en que este tipo de requisitos lo cumplen en la actualidad un número muy limitado de imanes permanentes, que contienen elementos denominados 'tierras raras' (neodimio y disprosio, en particular, o samario cuando se trata de aplicaciones que requieren elevadas temperaturas de operación).
Nuestra tecnología depende de estos elementos y, para muchos de ellos, Occidente no dispone de los recursos naturales necesarios. El uso de las tierras raras se ha visto incrementado en un porcentaje que ronda el 8-10% anual debido al desarrollo de nuevas tecnologías que requieren su implementación. En el caso de los imanes permanentes el aumento en su cuota de mercado se ha debido principalmente al rápido crecimiento que las tecnologías renovables y los vehículos eléctricos han experimentado. Esta situación lleva a la obligada importación de elementos cuya volatilidad económica viene condicionada por el monopolio que determinados países ostentan sobre los mismos.
En 2010 China aplicó restricciones de exportación de estos elementos elevando los impuestos de exportación, a la vez que reducía fuertemente la cuota de material exportado. La situación de alerta a nivel mundial vino en 2012 con la denominada 'crisis de las tierras raras', resultado de un endurecimiento desmesurado de dichas medidas, unido a intervalos de veto de exportación de las materias primas. Las implicaciones de dichas acciones fueron, desde un aumento descomedido de los precios de los dispositivos tecnológicos, hasta una situación de alerta en los sistemas de defensa internacionales por la alta dependencia tecnológica de los mismos. Fue entonces cuando Estados Unidos, Japón y Europa interpusieron, por primera vez en la historia de manera conjunta, una denuncia a China frente a la Organización Mundial del Comercio. Fruto de aquella situación insostenible fue el reacondicionamiento de antiguas minas de tierras raras fuera del continente asiático, para tratar de eliminar el monopolio existente sobre estos elementos. Un gran esfuerzo y
El objetivo es el desarrollo y producción industrial de nuevos imanes permanentes libres de tierras raras, como alternativa a los comúnmente empleados
una elevadísima inversión (hasta 530 millones de dólares en el caso de la mina de Mountain Pass, en California) se llevaron a cabo para lograr una rápida apertura de las minas y poder reabastecer de materia prima a Occidente. Sin embargo, esta estrategia resultó en balde, puesto que la respuesta de China fue bajar de nuevo los precios, ahogando y llevando finalmente a la bancarrota a muchas de las minas reabiertas (la mina de California en Febrero del 2017), al no poder competir en precio y resultar, por tanto, económicamente inviables e incluso incapaces de recuperar la fuerte inversión inicial. Resulta inquietante que una crisis de este calibre pueda ser generada y suprimida a voluntad por una potencia a su antojo, en lugar de ser acotada por una contraofensiva tecnológica externa que mitigue una dependencia inevitablemente vital y extendida en el tiempo.
Asimismo, resulta preocupante pensar que, en el caso más favorable de haber logrado mantener el embiste de precios y, por tanto, mantener operativas las minas, se habría seguido dependiendo de la importación de elementos estratégicos. Por ejemplo, el 99% de los recursos naturales explotados de disprosio, componente fundamental en los imanes basados en tierras raras y responsable de las excelentes propiedades magnéticas de los mismos, se encuentra en China. Más aún, este elemento (que no se encuentra aislado en la naturaleza) se considera crítico en cuanto que, además del monopolio geográfico, existen unas reservas muy limitadas del mismo en la corteza terrestre.
El problema trasciende, por tanto, más allá de lo puramente económico y político y, una vez más, pone de manifiesto la necesidad de emplear el sentido común a la hora de hacer un uso eficiente de los recursos naturales. Si a todo lo mencionado le sumamos el trasfondo medioambiental, derivado de la alta contaminación generada por los residuos resultantes del proceso de refinado para extraer los elementos de tierras raras, la necesidad de buscar alternativas resulta imperiosa. Palabras claves como criticidad, cambio en la estrategia de mercado, sostenibilidad y reciclaje se suman para tratar de esquivar un paisaje que, a día de hoy, no se presenta excesivamente prometedor para Europa y no mucho más alentador para Estados Unidos y Japón.
La gama de imanes permanentes varía de acuerdo a sus propiedades y no todos los imanes pueden utilizarse en todas las aplicaciones. Existe un criterio en el que se conjugan diversos factores y que viene marcado principalmente por: requerimientos de la aplicación final (propiedades magnéticas, estabilidad química y térmica, tamaño refiriendo al volumen necesario para generar el campo magnético deseado, densidad...) y precio. Por ejemplo, un motor industrial puede sacrificar tamaño y peso en favor de un coste inferior, pero otro tipo de aplicaciones tales como las relacionadas con aeronáutica o aeroespacial no pueden permitirse tal flexibilidad puesto que los costes (combustible entre otros) se ven incrementados de modo alarmante en base a un mayor volumen y peso. Por tanto, hay que tener en cuenta que la aproximación lógica a corto-medio plazo no es la sustitución completa de los imanes basados en tierras raras, si no una distribución coherente de las distintas alternativas basada en los requerimientos de la aplicación final.
El Grupo de Imanes Permanentes y Aplicaciones de IMDEA Nanociencia investiga, entre las diversas alternativas posibles, el uso de ferritas mejoradas para aplicaciones tecnológicas de gama media, y, desde 2015, el desarrollo de una nueva generación de imanes permanentes basados en manganeso y aluminio (elementos muy abundantes en la corteza terrestre y con multitud de yacimientos en Europa). Estos últimos imanes presentan un potencial (cada vez más cerca de alcanzarse) basado en un excelente rango de propiedades (magnéticas, mecánicas...) y aplicaciones que en la actualidad está copado en su totalidad por los controvertidos y más caros imanes permanentes de tierras raras. El grupo de investigación de IMDEA cubre aspectos de reciclaje que garanticen la sostenibilidad industrial, así como actividades científico-tecnológicas de innovación en colaboración con empresas nacionales (IMA S.A., Barcelona) e internacionales (Höganäs AB, Suecia).
La investigación en nuevos imanes tecnológicos del Grupo de Imanes Permanentes y Aplicaciones en IMDEA Nanociencia está financiada por el MINECO a través de los proyectos de investigación ENMA (MAT2014-56955-R) y NEXMAG (M.era-Net PCIN-2015-126), por la Comunidad de Madrid a través del proyecto multidisciplinar NANOFRONTMAG (S2013/MIT-2850), así como por el proyecto industrial GAMMA entre Höganäs AB e IMDEA Nanociencia.
