Un algoritmo per sostituire le terre rare con materiali sostenibili

Lantanio, cerio, praseodimio, neodimio. Sono solo le prime delle diciassette ‘terre rare’ presenti nella tavola periodica degli elementi. Si chiamano terre, ma sono sostanzialmente dei metalli, tutti con colore simile, indispensabili per l’economia del presente e del futuro, per la transizione ecologica, e per gli interessi di molti Paesi.

Le terre rare fanno parte di un più ampio gruppo di “materiali rari” o “materiali critici”, per esempio nichel o cobalto, che sono alla base di tutti i dispositivi elettronici di ultima generazione, come batterie ricaricabili, motori elettrici, schermi TV e LCD. Sono anche elementi fondamentali per lo sviluppo delle tecnologie più avanzate in campo aerospaziale, medico, della difesa e delle energie rinnovabili. Il controllo e il primato sull’export di questi materiali, la cui domanda è destinata a crescere in modo rapido ed esponenziale in tutto il mondo, è attualmente in mano alla Cina.

Norme e strategie per superare il ‘monopolio’ cinese e regolamentare il procedimento complesso e poco sostenibile di estrazione e lavorazione delle terre rare e dei materiali critici, sono in discussione anche a livello di Unione Europea e di singoli Stati, tra i quali l’Italia, dove sono coinvolti il ministero delle Imprese e del Made in Italy e quello dall’Ambiente.

Stefano Bonetti (nella foto), Ordinario di Fisica della Materia a Ca’ Foscari, è rappresentante di Fondazione Rara ETS, no profit nata per promuovere ed effettuare ricerca su tecnologie e materiali sostenibili, offrendo soluzioni ‘pulite’ e percorribili in qualunque strategia geopolitica legata ai materiali rari. Insieme a lui, i docenti di Ca’ Foscari Guido Caldarelli, Ordinario di Fisica Teorica, Michele Bugliesi, Ordinario di Informatica e precedente Rettore, insieme ad Alberto Baban, Presidente di VeNetWork ed ex Presidente Nazionale di Piccola e Media Impresa di Confindustria, e Anna Soatto, di Cortellazzo&Soatto.

Nei giorni scorsi Bonetti è stato invitato per un’audizione alla Commissione Esteri della Camera dei deputati, dove ha spiegato le criticità e possibili sviluppi nel campo delle terre e dei materiali rari, e ha presentato l’attività della Fondazione.

“Al momento stiamo sviluppando e brevettando un algoritmo che permetta di sostituire completamente le terre rare con materiali sostenibili e abbondanti, cercando e combinando materiali con proprietà simili – spiega Bonetti. – La realtà è che non c’è un modo pulito di estrarre terre rare, che significa che i processi per evitare di inquinare richiedono costosi processi di bonifica, che di ritorno aumenterebbero i prezzi dei materiali e porterebbero probabilmente fuori mercato le terre rare estratte in Europa. Consideriamo poi il costo sociale: qualsiasi dispositivo elettronico di uso quotidiano ha una batteria che contiene cobalto, e l’estrazione di cobalto avviene quasi totalmente in Congo, senza regole ambientali e sfruttando in maniera tragica lavoro minorile. Il paradosso è evidente: per effettuare una transizione ecologica che mira a salvare il pianeta, ci procuriamo materiali distruggendo alcune aree del pianeta stesso, e le persone che ci vivono. Anche le attuali alternative in discussione, ovvero recuperare e riciclare le terre rare da vecchi dispositivi elettronici, o di trovare nuovi giacimenti, hanno ancora altissimi costi energetici, ambientali e sociali”. 

L’approccio proposto dal gruppo di ricerca offre una soluzione completamente nuova al problema. L’idea non è di trovare terre rare o materiali rari, riciclandoli o cercando nuovi giacimenti, ma di sostituirli completamente con materiali abbondanti e sostenibili.

“Ci sono elementi come il sodio, il potassio, il ferro, il titanio, e diversi altri, che sono molto più abbondanti, e distribuiti su tutto il pianeta – continua Bonetti. – Con questi elementi comuni, si possono creare dei materiali compositi, delle leghe, che possono avere le proprietà delle terre rare. In questo modo, potremmo continuare a sviluppare tecnologia necessaria alla transizione ecologica, con materiali a basso impatto ambientale. Inoltre, anche gli altri problemi di diritti umani, di concentrazione di potere in mano a pochi attori si risolverebbero, perché questi materiali si trovano distribuiti su tutto il pianeta”.

L’idea è semplice, ed è quella di provare tante combinazioni di materiali, testarli e trovare quelli simili. La difficoltà sta nell’altissimo numero di combinazioni possibili, paragonabile a quanti sono gli atomi nell’universo.

“Quello che abbiamo fatto all’interno della Fondazione Rara, grazie ad una combinazione di competenze unica in fisica della materia, in fisica teorica e in informatica, è lo sviluppo di un algoritmo in grado di ottimizzare la ricerca di questi materiali in maniera molto più efficiente di quanto fatto fino ad ora, creando un’elaborazione dei materiali. Dopo l’algoritmo, l’obiettivo successivo è quello di creare un database di materiali mirati a sostituire le terre rare.”

Le ricadute di un’impresa di questo tipo sull’intero sistema nazionale sono destinate ad avere un forte impatto dal punto di vista economico, perché l’Italia diventerebbe leader di materiali sostenibili per le nuove tecnologie; strategico e geopolitico, perché diventerebbe punto di riferimento per le industrie che operano nell’ambito della transizione ecologica; e infine politico, con un ruolo leader in Europa nelle politiche per i materiali sostenibili.

Tra le raccomandazioni di breve-medio periodo che Fondazione Rara ha presentato nel corso dell’audizione, spiccano: un impegno della politica a livello internazionale per inserire la ricerca di materiali sostenibili tra le priorità dei prossimi anni, lo stanziamento di fondi europei mirati alla sostituzione dei materiali critici con materiali sostenibili e l’utilizzo di e fondi PNRR per la ricerca sui materiali sostenibili.