Cosa sono le terre rare? Elenco completo, dove si trovano e a cosa servono

Cosa sono le terre rare, così fondamentali per le economia presente e futura? Ancora poco conosciute al grande pubblico, le terre rare oggi sono una delle cause delle maggiori tensioni geopolitiche a livello mondiale.

Sebbene il nome possa trarre in inganno, le terre rare (in inglese REE, acronimo di Rare Earth Elements), sono un insieme di 17 elementi metallici. Questi includono i 15 lantanidi della tavola periodica più lo scandio e l’ittrio.

Vediamo nel dettaglio cosa sono le terre rare, l’elenco completo, dove si trovano, a cosa servono e perché giocano un ruolo di spicco nella transizione energetica.

Cosa sono le terre rare?

Cosa si intende, quindi, quando si parla di terre rare? Nel dettaglio, questo è il nome collettivo con cui si indicano 17 elementi chimici presenti all’interno della famosa tavola periodica.

Di questi 17 elementi, 15 sono lantanoidi (gli elementi che hanno un numero atomico compreso tra 57 e 71), mentre i restanti due sono lo scandio e l’ittrio (rispettivamente numero atomico 21 e 39).

Le terre rare sono suddivise a loro volta in base al peso atomico in:

• terre rare leggere (LREE),
• terre rare medie (MREE),
• terre rare pesanti (HREE).

Le terre rare, al contrario di quanto si possa pensare, sono relativamente abbondanti nella crosta terrestre. Tuttavia, a causa delle loro proprietà geochimiche, queste sono generalmente disperse. Ciò significa che è difficile trovare dei cluster sufficientemente concentrati da renderli utilizzabili per l’estrazione. È stata la scarsità di questi minerali a portarli a essere chiamati “terre rare”.

Le terre rare sono classificate in elementi leggeri (dal lantanio al samario) ed elementi pesanti (dall’europio al lutezio). Questi ultimi sono meno diffusi e di conseguenza più costosi.

Chimicamente, le terre rare sono forti agenti riducenti. I loro composti sono generalmente ionici e presentano degli elevati punti di fusione e di ebollizione. Le terre rare sono relativamente morbide quando si trovano nel loro stato metallico, mentre quelle con un numero atomico più elevato tendono ad essere più dure.

Le terre rare reagiscono con altri elementi metallici e non metallici per formare composti, ciascuno dei quali ha comportamenti chimici specifici. Ciò le rende indispensabili e non sostituibili in molte applicazioni elettroniche, ottiche, magnetiche e catalitiche. I composti delle terre rare sono comunemente fluorescenti alla luce ultravioletta, il che può aiutarne l’identificazione. Le terre rare reagiscono anche con acqua o acido diluito per produrre idrogeno gassoso.

L’elenco completo delle terre rare

Di seguito, la lista completa delle 17 terre rare, accompagnate dal loro simbolo chimico e dal relativo numero atomico (Z).

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A cosa servono le terre rare?

Un’analisi più approfondita sulle terre rare ci fa comprendere la loro preziosità per soddisfare le esigenze del nostro vivere quotidiano.

Questi elementi giocano un ruolo primario per indurire, alleggerire e aggiungere resistenza, leggerezza, proprietà magnetiche e conduttive alle leghe.
Con alcune terre rare i motori delle auto elettriche hanno prestazioni più efficienti. Inoltre, sono necessarie per il funzionamento delle turbine eoliche, degli smartphone, di strumenti medici e addirittura di alcuni tipi di missili.

L’europio, per esempio, è presente nelle lampadine led a basso consumo e l’erbio è essenziale per le applicazioni laser e nelle fibre ottiche.
La peculiarità principale delle terre rare risiede nel magnetismo resistente alle alte temperature: per questa ragione sono indispensabili nella produzione dei prodotti tecnologici, ma non solo.

Uno dei campi in cui è più richiesto l’utilizzo di queste materie prime è il settore militare, dove i 17 elementi terre sono indispensabili per la produzione delle cosiddette “armi a energia diretta”: una classe di armamenti che comprende numerosi dispositivi capaci di indirizzare sui bersagli svariate forme di energia non cinetica. In sostanza, queste apparecchiature inviano sul target da colpire radiazioni elettromagnetiche, onde acustiche, plasma a elevata energia o raggi laser.

Storicamente, inoltre, le terre rare sono essenziali per l’industria petrolchimica nella scomposizione di grandi molecole in idrocarburi più piccoli adatti all’uso nei combustibili.

Di seguito una tabella con elencati i maggiori casi di utilizzo delle terre rare suddivisi per elemento:

Perché si chiamano terre rare?

Non bisogna lasciarsi ingannare dall’aggettivo “raro”: tali elementi non sono affatto scarsi nel mondo e tale qualificazione non deriva, in effetti, dalla quantità sul pianeta.

La diffusione di alcuni dei 17 elementi è pari a quella del rame o del piombo.
Nello specifico, il cerio è il 25esimo elemento più abbondante sulla terra con 68 parti per milione. Questo lo rende abbondante come il rame.
La rarità, quindi, è legata a un altro concetto, precisamente alla loro bassa concentrazione nei giacimenti minerari.

Come si estraggono le terre rare?

Nello stato naturale le terre rare si trovano mischiate con altri minerali, solitamente in piccole quantità. Di conseguenza, estrarle è molto difficile e richiede un processo piuttosto complesso.

Partendo dall’estrazione o separazione da un amalgama di roccia e minerali, vengono poi a formarsi i metalli, combinati in leghe e magneti. Il tutto con un procedimento di lavorazione, raffinazione e purificazione dei metalli che consuma molto calore, richiede acido, e diverse migliaia di cicli.

Per esempio, per ottenere un chilo di vanadio bisogna purificare otto tonnellate e mezzo di roccia, che diventano 50 tonnellate per un chilo di gallio e addirittura 200 tonnellate per un chilo di lutezio.

Tutto questo significa rilasciare acqua radioattiva, gas di scarico e altri rifiuti tossici.

Dove si trovano le terre rare?

Secondo l’United States Geological Survey, il Paese più ricco di queste risorse al mondo è la Cina. Il dragone, che possiede circa un terzo delle riserve mondiali ovvero il 40%, resta leader globale per possesso di terre rare.

Pechino è seguito da Vietnam e Brasile, Russia, India, Australia, Groenlandia e Stati Uniti. La Cina, però, vanta anche il controllo della produzione, grazie non solo alla presenza degli elementi nel suo territorio.

La leadership cinese si è costruita anche sulle leggi meno severe in tema di rispetto dell’ambiente sul capillare know-how.

Secondo l’autorevole Geological Society of London, in termini di percentuale nella crosta continentale terrestre, il cerio è il più abbondante, con 43 parti per milione (ppm), seguito da lantanio (20 ppm) e neodimio (20 ppm), mentre l’elemento delle terre rare più raro è il tulio (0,28 ppm), ad eccezione del promezio, praticamente assente a causa della sua radioattività. La loro abbondanza, dunque, è paragonabile ad altri elementi importanti come il litio (17 ppm), il rame (27 ppm), lo stagno (1,7 ppm) e l’uranio (1,3 ppm).

Chi produce terre rare?

La Cina negli anni si è garantita un sostanziale monopolio nella fornitura mondiale di Terre rare soprattutto per la capacità di produzione e raffinazione.

Bayan Obo, regione della Cina settentrionale, è il giacimento di terre rare più grande del mondo. Costituito da tre corpi minerari principali si estende in lunghezza per 18 km, Bayan Obo costituisce il 50% della produzione di terre rare cinesi. Altri depositi più piccoli si trovano nelle province Shandong, Sichuan, Jiangxi e Guangdong.

Pechino controlla il 60% di produzione mondiale di questi elementi e ben quattro quinti della raffinazione a livello globale. Anche se i minerali sono estratti negli Stati Uniti, quindi, per essere utilizzati necessitano di lavorazioni specifiche che è in grado di offrire solo il dragone.

Negli Usa c’è la storica miniera californiana Mountain Pass, tornata a funzionare nel 2018 dopo varie vicende e stop. Nel 2020 ha prodotto circa il 16% dell’offerta mondiale di terre rare.

E l’Europa? “Nella raffinazione dipendiamo per due terzi dalla Cina”, secondo Luca Franza, capo del programma su clima ed energia dello Iai.

Nello specifico, il nostro continente produce appena il 3% del totale mondiale di terre rare.

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Il ruolo delle terre rare nella transizione energetica

“Il passaggio a un sistema energetico pulito è destinato a determinare un enorme aumento del fabbisogno di...minerali, il che significa che il settore energetico sta emergendo come una forza importante nei mercati minerari”: così spiega l’Agenzia Internazionale dell’Energia.

Tra queste risorse sempre più necessarie per la rivoluzione green ci sono anche le terre rare. Per queste esse sono diventate il contendere della guerra commerciale mai finita tra Usa e Cina.

In uno scenario che soddisfa gli obiettivi dell’Accordo di Parigi la domanda totale degli elementi delle terre rare è destinata a crescere del 40% in appena 20 anni.

Non solo, le stime di Banca Mondiale parlano di un balzo del 500% entro il 2050 nella produzione di minerali e metalli. L’Onu stima che 3 miliardi di tonnellate totali, dei quali 600 milioni dovranno di metalli rari saranno necessari tra decenni.

La spinta alla transizione energetica sta mettendo in moto la corsa al carburante del futuro. Se la rivoluzione industriale è stata possibile grazie al carbone e l’industrializzazione Usa e non solo del novecento ha visto il petrolio come motore, ora il futuro high-tech e green sarà alimentato anche dalle terre rare.

Da questi 17 elementi dipendono lo sviluppo delle nuove automobili elettriche e le tecnologie per produrre e sfruttare l’energia solare ed eolica.

Per esempio, le terre rare sono essenziali per realizzare turbine eoliche a trasmissione diretta, efficienti e di facile manutenzione per le installazioni offshore su larga scala.

Nel settore automotive, i motori con magneti permanenti da terre rare sono considerati la scelta preferita per i vetture elettriche.