Los materiales forman parte esencial de nuestras vidas cotidianas. Todas las actividades humanas requieren o se auxilian de diferentes materiales para poder realizarse. Si nos fijamos, notamos que todo producto hecho o fabricado por el hombre está compuesto de uno o más materiales. A veces no nos damos cuenta y muchas otras obviamos el hecho de que la mayoría de las cosas que usamos y con las que tenemos contacto hacen uso de materiales especialmente diseñados para hacer las cosas mejor, de manera más eficiente y más segura.
La ciencia e ingeniería de materiales ha contribuido a través de la investigación básica y aplicada al desarrollo de nuevos materiales, nuevas tecnologías para su manufactura así como al descubrimiento y control de nuevos efectos físicos y químicos que han detonado un sin fin de tecnologías que hacen nuestras vidas mejores. En este sentido, los materiales son la columna vertebral de la economía de bienes materiales. Para darnos una idea con un ejemplo muy familiar (de acuerdo a una publicación de la Sociedad Americana de Química*), un teléfono inteligente puede llegar a contener hasta 62 diferentes elementos de la tabla periódica. Es decir, si nos preguntamos que materiales se usan en los diferentes objetos que usamos diariamente, veríamos que prácticamente todos los elementos conocidos son de importancia en la fabricación y producción de bienes.
Sin embargo, ante el continuo crecimiento de la población a nivel mundial y el incesante incremento en la demanda de bienes, hemos llegado al punto en que nos encontramos con que la disponibilidad de algunos materiales ya no es segura, es finita y en algunos casos, muy limitada.
La disponibilidad de recursos materiales en forma de yacimientos minerales depende de qué tan abundantes son las reservas, su ubicación geográfica y la demanda que establece el volumen de producción requerido para los diferentes materiales. Al igual que el petróleo, los minerales son recursos naturales no renovables, por lo que el ritmo al cual son explotados nos lleva a pensar en cuánto tiempo terminaremos por agotar estos recursos. Esto ha llevado a que en Estados Unidos y en la Comunidad Europea se han realizado estudios y análisis para establecer qué materiales y minerales son críticos y estratégicos para asegurar el buen funcionamiento de las principales actividades económicas, la seguridad y el bienestar de su población.
La situación que vivimos actualmente a nivel mundial y por lo tanto nacional, han puesto la atención en varios aspectos que se relacionan con la problemática de la disponibilidad y suministro de materiales y materia prima. En efecto, la crisis sanitaria del COVID-19 y ahora más recientemente el conflicto entre Rusia y Ucrania han contribuido a un problema de desabasto y de incremento en la demanda de materiales. En consecuencia hemos sido testigos de la presencia, cada vez más frecuente, de noticias relacionadas con materiales. Un ejemplo claro y muy reciente de la importancia estratégica de los recursos minerales para nuestro país es la nacionalización del litio aprobada el pasado 19 de abril. De manera similar, Bolivia inició un proceso de nacionalización del litio en 2008 y no olvidemos que mucho se especuló de una intervención estadounidense en este país motivada por el control de ese mineral. En Europa actualmente se atraviesa por una crisis por el desabastecimiento de tierras raras ya que tiene una fuerte dependencia de estos elementos y actualmente debe importar 95% del volumen que consumen. Mientras que China posee del orden del 90% de las reservas mundiales de tierras raras y por lo tanto controlan el mercado y los precios de estos elementos. En 2021, empezamos a recibir noticias de una crisis en el suministro de chips. Esta crisis se debe en parte a la afectación en la cadena de producción de materiales semiconductores y ha producido afectaciones importantes en varios sectores económicos.
Los materiales que son considerados críticos y estratégicos son utilizados como parte de un sin fin de productos que usamos, por ejemplo: en tecnologías de la energía se requiere indio, galio, germanio, selenio, telurio, neodimio, lantano, tantalio, vanadio, litio, silicio, platino, cobalto, níquel, arsénico y plata, todos ellos son clave en la producción de sistemas fotovoltaicos, térmicos solar, generadores eólicos así como automóviles híbridos y eléctricos. Mientras que en las industrias aeroespacial, comunicaciones y defensa dependen del suministro de vanadio, renio, cobalto, níquel, niobio, neodimio, samario, itrio, terbio, europio y erbio. Por otra parte, la tecnología de baterías requiere de cobalto, grafito, litio, y manganeso. Mientras que en electrónica e iluminación se requiere praseodimio, samario, escandio, europio, galio, indio, germanio, cerio, lantano, zinc y selenio.
Ante esta situación, se ha vuelto imperativa la búsqueda de nuevas tecnologías y procesos relacionados con una mejor explotación de recursos materiales, su procesamiento, purificación y transformación. Mientras que también se están desarrollando nuevos enfoques y relaciones con los materiales, el diseño de los bienes que los emplean y la forma en que éstos se usan y se descartan. El problema de la disponibilidad y suministro de materiales y materia prima se ha vuelto un tema de sostenibilidad y de desarrollo sostenible, por lo cual la investigación básica y aplicada en las áreas relacionadas con los materiales son de gran importancia para el futuro.
Actualmente, en la División de Materiales Avanzados del IPICYT se realizan investigaciones enfocadas en metodologías y enfoques para (a) desarrollar nuevos procesos que hagan un uso más eficiente de los materiales para la fabricación de bienes y productos, (b) desarrollar nuevos materiales para sustituir a otros que empleados actualmente, pero que son menos abundantes y más caros. (c) incorporar principios de circularidad en los procesos de fabricación y diseño de materiales y componentes que ayuden a que los materiales puedan ser recuperados y reutilizados para evitar que sean desechados, (d) explorar el uso de materiales de desecho, tanto en forma de basura convencional y electrónica o como residuos de actividades industriales para su conversión, utilización y aprovechamiento como componentes materiales en otras aplicaciones y (e) realizar una explotación y uso más sostenible de los recursos naturales renovables y no renovables que son empleados como materia prima.
El Dr. Armando Encinas Oropesa, es jefe de la División de Materiales Avanzados del Instituto Potosino de Investigación Científica y Tecnológica, IPICYT. Te interesaría contactarlo puedes escribirle a:
armando.encinas@ipicyt.edu.mx.
¿Quieres conocer más del IPICYT?, contáctanos:
comunicacion@ipicyt.edu.mx
*https://www.acs.org/content/dam/acsorg/education/resources/highschool/chemmatters/archive/
chemmatters-april2015-smartphones.pdf
Dr. Armando Encinas Oropesa