Kenny L. Alvarez, co-founder & CEO de Ecomagnet

En los últimos años ha estado en boca de todos la palabra electromovilidad. Básicamente se refiere a un medio de trasporte que utiliza como sistema de impulso o tracción energía eléctrica. Es un sector en auge, que ha llegado para quedarse sin lugar a duda, y que requiere la atención de todos los actores que están presentes en la cadena de valor. Uno de los elementos críticos de la electromovilidad es el imán permanente, principalmente de NdFeB, ya que estos materiales son los que permiten generar la rotación del motor eléctrico de un sistema de transporte cualquiera.

Lamentablemente, la producción de imanes de NdFeB está gobernada en su mayoría por China, lo que genera una gran incertidumbre y preocupación por el suministro de estos componentes.

Los imanes son materiales magnéticos que tienen la característica de magnetizarse cuando se exponen a un campo magnético externo, es decir, retienen una parte de este campo magnético de manera “permanente”. Por este motivo, cuando se habla de un imán permanente, se hace referencia a un imán que posee un campo magnético residual, o está magnetizado permanentemente. Esta capacidad se puede cuantificar mediante una variable denominada remanencia, conocida normalmente como Br. En el mercado existen 4 tipos de imanes: ferritas, AlNiCo (aluminio-níquel-cobalto), SmCo (samario-cobalto) y NdFeB (neodimio-hierro-boro). De estos 4 tipos, los imanes de NdFeB son los más potentes del mercado y los que más se fabrican. En 2019, el 65% de los imanes producidos en el mundo fueron imanes de NdFeB. En cuanto a sus aplicaciones, los imanes pueden encontrarse en innumerables sistemas y dispositivos como, por ejemplo, aparatos electrónicos, electrodomésticos, automóviles, sistemas de refrigeración, turbinas eólicas, tren de potencia (EVs), etc.

Tierras raras, no tan raras, pero escasas, costosas y contaminantes
Un imán de NdFeB está compuesto por aproximadamente un 30-35% de tierras raras. Las tierras raras son elementos que se encuentran en la naturaleza en forma de mineral, en concentraciones entre 1-7%. Las tierras raras más utilizadas en imanes de NdFeB son el neodimio (Nb, entre un 25-30%), praseodimio (Pr, entre un 1-5%), disprosio (Dy, entre un 1-10%), terbio (Tb, entre un 1-5%), entre otras. En la última década, las tierras raras se han convertido en materiales muy preciados. Tanto así que la comunidad europea las ha incluido en su listado de materias primas fundamentales. Esto se debe a una serie de factores relacionados con su producción y comercialización, siendo los más destacados los siguientes:

1. Dependencia de China. China posee los yacimientos más grandes del mundo de tierras raras; en 2019 China extrajo el 60% y procesó el 87% de las tierras raras a nivel mundial.
2. Volatilidad de los precios. Debido a este dominio por parte de China, el precio de adquisición de estos materiales es muy volátil. A finales del 2010, por ejemplo, el precio del neodimio comenzó a aumentar gradualmente, alcanzando un máximo histórico a mediados de 2011, equivalente a un aumento de aproximadamente un 800%.
3. Impacto medioambiental. Como las concentraciones son bastante bajas, para extraer un kilo de material se requiere mover y procesar una gran cantidad de minerales desde los yacimientos. Además, el proceso de refinación genera importantes cantidades de materiales contaminantes, que terminan en el aire y agua, como CO2, material particulado, elementos radioactivos como uranio y torio, metales pesados, entre otros.

Las tierras raras son también utilizadas como elementos aleantes en otros materiales, pero un gran porcentaje terminan dentro de un imán permanente; en 2020 el 30% del total de tierras raras producidas a nivel mundial fueron utilizadas para la fabricación de imanes, y se espera que este porcentaje aumente hasta el 36% en 2030.

Imanes permanentes de NdFeB en la electromovilidad
Desde ya hace unos años que el mundo está experimentando un periodo de transición energética, un periodo de cambio, cambio en la generación de energía, cambio en la manera de transportarse, etc. En este contexto, la implementación de la electromovilidad va a ser una de las acciones claves. Cuando se habla de electromovilidad, las palabras más comunes son coches eléctricos, patinetes eléctricos, bicicletas eléctricas, etc. Cada uno de estos medios de transporte tienen una cosa en común: todos, o la gran mayoría, poseen imanes permanentes de NdFeB en sus motores eléctricos de tracción.

El funcionamiento básico de un motor eléctrico consiste en aplicar una corriente (alterna o continua) a un embobinado que se encuentra en la carcasa del motor (más conocida como estator). Esta corriente eléctrica permite, siguiendo la ley de Faraday, generar un campo magnético, el cual interactúa con el rotor produciendo una tensión conocida como fuerza electromotriz (FEM). Esta tensión es la encargada de producir el giro del rotor. Los dos motores eléctricos más conocidos son los asíncronos, o también conocidos como motores de inducción, y síncronos, también denominados motores de imanes permanentes. Cada uno tiene sus ventajas y desventajas, pero de manera general, se dice que los motores de imanes permanentes son más eficientes, generan menos calor, y el mantenimiento suele ser menos costoso, pero el coste suele ser superior al de los motores de inducción. A pesar de esto, la eficiencia los convierte en favoritos para muchos fabricantes de coches eléctricos; marcas como Tesla, Nissan, Toyota, y muchas otras usan motores de imanes permanentes en sus coches eléctricos.

Demanda en aumento
Las predicciones de mercado apuntan a que la producción de coches eléctricos e híbridos alcanzará los 250 millones de unidades en 2030, es decir, un 900% más que el 2020. Al mismo tiempo, la demanda de imanes permanentes de NdFeB se duplicará en 10 años, siendo la aplicación con mayor crecimiento de la demanda la de motores para vehículos eléctricos e híbridos (tren de potencia EV).

En relación con la producción mundial de imanes permanentes de NdFeB, en 2020 China produjo el 83,8% de ellos, dominando casi completamente el mercado, y se espera que en 2030 China aumente su producción hasta cubrir el 86,7% del mercado global. Ahora la pregunta que surge es ¿por qué China posee tal cuota de mercado, siendo que en 2019 extrajo sólo el 60% de las tierras raras? La respuesta es que la adquisición de tierras raras como materias primas desde fuera de China posee unos costes considerablemente más elevados que si la compra se realiza desde dentro del país, cosa que no ocurre con los imanes. Como consecuencia, muchas compañías deciden comprar directamente los imanes a empresas chinas, o instalar una fábrica de imanes en el país asiático.

En este contexto, los imanes permanentes de NdFeB utilizados en la electromovilidad se presentan como elementos críticos, y la preocupación mundial es asegurar el suministro y reducir, o al menos mantener, los costes de adquisición. A modo de ejemplo, un motor de tracción de un coche eléctrico promedio contiene alrededor de un 3,5% en peso de imanes permanentes de NdFeB, pero en cuanto a coste del motor, los imanes representan el 53% del coste total. En este escenario, la incertidumbre de los fabricantes es enorme y se requieren soluciones inmediatas que otorguen alternativas a esta problemática.

¿Qué alternativas existen? Estados Unidos y la Unión Europea están moviendo cuantiosos recursos para buscar diferentes rutas de suministrar tierras raras y/o imanes permanentes de NdFeB. En Europa, la explotación de yacimientos mineros se presenta como una alternativa dificultosa, debido principalmente a los escasos yacimientos y a las estrictas normativas medioambientales. Otra de las alternativas, y una de las más prometedoras, es el reciclado de imanes permanentes. ¿Por qué no aplicar un modelo de economía circular a un elemento tan crítico?

Durante más de 20 años se han estado utilizando imanes permanentes de NdFeB en innumerables dispositivos. Cuando estos dispositivos son dados de baja, los imanes son desechados en conjunto con la chatarra de acero, y normalmente se llevados a los altos hornos o fundiciones, en donde se someten a un proceso de fundición. ¿Y qué sucede con las tierras raras presentes en estos imanes? Durante el proceso de fundición, las tierras raras flotan en la superficie del caldo en forma de óxidos, siendo posteriormente retiradas y desechadas como escoria.

Los procesos de reciclaje de imanes permanentes de NdFeB no son sencillos, se necesitan tecnologías poco estudiadas y no muy maduras, en donde las actividades de I+D juegan un papel muy importante. Además, la implementación de estas tecnologías requiere de inversión por parte de entidades públicas y privadas, como también la colaboración de las empresas involucradas en la cadena de valor (suministradores de imanes desechados y clientes dispuestos a probar el producto). Actualmente, no se conocen empresas que estén comercializando imanes permanentes de NdFeB reciclados, pero si existen pequeñas empresas que están desarrollando procesos de reciclaje y se espera que, en un periodo de al menos dos años, sea posible encontrar estos productos disponibles en el mercado.