La humanidad explota la tabla periódica de espaldas a sus riesgos

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 los teléfonos inteligentes, necesitamos un número mucho más elevado de elementos químicos. Un artículo reciente publicado en la prestigiosa revista Trends in Ecology and Evolution, liderado por un equipo de investigación del CREAF, la UAB y el CSIC, alerta de que el conjunto de elementos químicos que necesitamos los humanos (lo que científicamente se conoce como el elementoma humano) diverge 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 solo equivalía al 32 % y se espera que en 2050 sea solo del 20 %. Nos dirigimos a una situación en la que el 80 % de los elementos que utilicemos procederá de fuentes no biológicas.

Los elementos no biológicos como minerales o tierras raras son escasos o prácticamente inexistentes en los seres vivos y raros en general, y sus reservas importantes en muchos casos están localizadas en unos pocos países. Hay que obtenerlos de fuentes geológicas, lo que implica extracción, comercialización entre países y desarrollo de tecnologías de reciclaje eficientes, y su escasez y su localización pueden dar lugar a conflictos sociales, económicos, geopolíticos y ambientales. «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», resume Jaume Terradas, fundador del CREAF, profesor honorario de la UAB y coautor del artículo. Por ello, aunque a priori puede parecer que estamos ante un tema de interés solo científico, en realidad tiene enormes consecuencias.

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

El estudio revisa la historia de la humanidad basándose en el uso de elementos de la tabla periódica. Según el artículo, el elementoma humano comenzó a divergir del elementoma biológico en la década de 1900, a raíz del continuo aumento del consumo de materiales que no provenían de la biomasa (combustibles fósiles, materiales metálicos industriales, materiales de construcción). «Los humanos han pasado de usar materiales comunes como la arcilla, la piedra o la cal, cuyos elementos se reciclan continuamente en el suelo, en la naturaleza y en la atmosfera, a usar muchos otros elementos, entre ellos especialmente los conocidos como tierras raras», explica Jordi Sardans, investigador del CREAF y del CSIC y coautor del estudio. 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 computacionales, 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. «Estamos viviendo un crecimiento anual del consumo y la extracción de elementos minerales de alrededor del 3 %, que seguirá hasta 2050. En este escenario es posible que las reservas de algunos de estos elementos se agoten en 2050 (oro y antimonio) o en menos de 100 años (molibdeno y zinc)», añade Josep Peñuelas, investigador del CREAF y del CSIC y coautor también del estudio.

Riesgos ambientales, económicos, sociales y geopolíticos

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

En este contexto, los aspectos geopolíticos también desempeñan un papel importante y son problemáticos. 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.

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 desarrollar nuevas tecnologías que favorezcan un uso más rentable de estos materiales escasos y que permitan su reciclaje y su 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 son poco eficientes y conllevan un gran riesgo de contaminación, debido a la toxicidad de los elementos de tierras raras.

El artículo recoge varias tecnologías para recuperar estos elementos escasos, como 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 estudia 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, la recuperación por deposición electroquímica; el uso de diversos nanomateriales basados en el carbono como método de sorción para preconcentrar los elementos raros de las aguas residuales a partir de residuos disueltos; la hidrometalurgia para conseguir una gran recuperación de tierras raras y metales pesados a partir de la apatita y de diversos desechos, y la pirometalurgia o extracción de fluidos supercríticos con CO₂. En cualquier caso, es esencial el desarrollo de nuevas formas de producir y reciclar estos elementos a gran escala.

Artículo: Penuelas, J., Sardans, J., & Terradas, J. (2022). Increasing divergence between human and biological elementomes. Trends in Ecology & Evolution. DOI: https://doi.org/10.1016/j.tree.2022.08.007