La humanidad exprime la tabla periódica de espaldas a la naturaleza

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.

Una revisión bibliográfica realizada por investigadores del Centro de Investigación Ecológica y Aplicaciones Forestales (CREAF), la Universidad Autónoma de Barcelona y el CSIC, alerta de que hoy en día el 70 % de los elementos de la tabla periódica que utilizamos los humanos no se encuentran en la biomasa.

'Elementoma' humano vs biológico

El estudio, publicado en la revista 'Trends in Ecology and Evolution', 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 (elelementoma biológico).

En 1900 los elementos que utilizaban los humanos provenían en un 80 % de la biomasa (madera, plantas, alimentos, etc.), pero en 2005 este porcentaje ya solo 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.

"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", apunta el coautor Jaume Terradas, fundador del CREAF y profesor de la UAB, "hay que obtenerlos de fuentes geológicas, lo que implica extracción, comercialización entre países y que se desarrollen tecnologías de reciclaje eficientes".

"Su escasez y localización pueden dar lugar a conflictos sociales, económicos, geopolíticos y ambientales –advierte–. 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".

Por ello, aunque a priori, puede parecer que estamos ante un tema de interés sólo científico, en realidad tiene enormes consecuencias.

Uso expansivo de la tabla periódica

El trabajo 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 a comienzos del siglo XX, asociado al continuo aumento de consumo de materiales que no provenían de la biomasa (combustibles fósiles, materiales metálicos, industriales y para la 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 atmósfera, a usar muchos otros elementos, entre ellos especialmente los conocidos como tierras raras", comenta Jordi Sardans, 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 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.

"Estamos viviendo un crecimiento anual del consumo/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, el otro coautor 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 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.

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.

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.

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; usar nanomateriales con carbono como métodos de sorción para preconcentrar los elementos raros de las aguas residuales; 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, según los autores.

Referencia:

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

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