La UE, EE.UU., Japón y muchas otras regiones consideran los elementos de tierras raras materiales críticos debido a los crecientes riesgos de suministro y a su creciente importancia económica en la transición ecológica. Aunque los elementos críticos de las tierras raras tienen diversas aplicaciones tecnológicas -incluidas la iluminación, la catálisis y las baterías-, los imanes permanentes se han convertido en el centro de los retos de la oferta y la demanda de tierras raras.

Los imanes permanentes, que contienen elementos críticos de neodimio, praseodimio, terbio y disprosio, se utilizan ampliamente en los motores de los vehículos eléctricos y en los generadores de energía de las turbinas eólicas. A medida que se consolide el uso de elementos de tierras raras en estas aplicaciones magnéticas, los imanes al final de su vida útil se convertirán en una fuente alternativa clave de materiales críticos de tierras raras a las fuentes minerales primarias. IDTechEx predice que en 2045 se recuperarán 1.200 millones de dólares de elementos críticos de tierras raras de fuentes secundarias como los motores de imanes permanentes.

Por qué son importantes los imanes de tierras raras

En 2023, las aplicaciones magnéticas representaban el 29% de la demanda mundial de tierras raras en peso. Los imanes permanentes de tierras raras, concretamente los imanes de neodimio (NdFeB) y samario-cobalto, se utilizan para interconvertir la energía eléctrica y cinética. Como tales, los imanes de tierras raras se emplean comúnmente en motores de vehículos eléctricos y generadores de energía de turbinas eólicas.Otras aplicaciones comunes son los actuadores de unidades de disco duro, equipos médicos como instrumentos de resonancia magnética y equipos de altavoces de audio.

Demanda mundial de tierras raras por aplicaciones y usos comunes de los imanes. Fuente: IDTechEx

Los inminentes objetivos climáticos internacionales, que dependen de la descarbonización de la energía y la tecnología del transporte, están impulsando la demanda de imanes permanentes de tierras raras. Los motores de imanes permanentes de tierras raras que se utilizan en los vehículos eléctricos suelen proporcionar la mayor potencia, densidad de par y eficiencia, con bajos costes de fabricación asociados, en comparación con las tecnologías de motores de la competencia. Así, los motores de imanes de tierras raras han mantenido más del 77% del mercado de motores para coches eléctricos durante los últimos 9 años. IDTechEx predice que el número de motores eléctricos desplegados se duplicará en 2035.

El impacto de los retos de suministro de tierras raras en los imanes

La elevada concentración regional del suministro de tierras raras y de la capacidad de refinado supone un riesgo persistente para el mercado de los imanes. China procesa cada año más del 90% de los elementos de tierras raras de todo el mundo; en el caso de los elementos de tierras raras pesadas, como el disprosio y el terbio, esta cifra es de casi el 100%. La concentración regional de la oferta también se extiende a las fases posteriores, donde el 92% de la producción de aleaciones magnéticas de mayor valor añadido (por ejemplo, NdPr y NdFeB) y de las fases de fabricación de imanes tienen lugar en China.

El precio de los principales materiales magnéticos ha sido volátil en los últimos años como consecuencia de los problemas de suministro de tierras raras. En 2011, las restricciones a la exportación de tierras raras impuestas en China multiplicaron por más de 7 el precio del neodimio, mientras que el precio del disprosio aumentó aproximadamente un 2000%. Más recientemente, los precios de las tierras raras alcanzaron un máximo en 2022 de aproximadamente 4 veces su media de los 8 años anteriores. La posibilidad de una mayor volatilidad de los precios sigue presentando un riesgo considerable para los mercados de imanes de tierras raras ante la creciente demanda.

La última prohibición de China a la exportación de tecnologías de extracción y separación de tierras raras ha aumentado la atracción del mercado por fuentes alternativas de precursores de imanes. En septiembre de 2024, Nueva Zelanda se convirtió en la última nación en identificar las tierras raras como materiales críticos, uniéndose a la UE, EE.UU., Reino Unido, Japón y más. La aparición de listas de materiales críticos en todo el mundo subraya la creciente demanda de desarrollar el suministro nacional y la capacidad de procesamiento de materiales críticos de tierras raras.

Cómo se pueden recuperar las tierras raras de los imanes al final de su vida útil

La limitada disponibilidad de suministro de minerales primarios de tierras raras en muchas regiones sitúa a los imanes al final de su vida útil como una fuente alternativa clave de elementos críticos de tierras raras. Los imanes permanentes pueden contener más tierras raras que muchas fuentes minerales primarias. Por ejemplo, un imán de NdFeB contiene aproximadamente un 33% en peso de tierras raras, incluido hasta un 31% de neodimio. En cambio, los minerales con bajo contenido en tierras raras que suelen extraerse contienen alrededor del 1% en peso.

Las empresas emergentes están adoptando distintos enfoques para recuperar el neodimio, el praseodimio, el terbio y el disprosio de los imanes al final de su vida útil.

Los procesos de recuperación de ciclo largo extraen, separan y recuperan las tierras raras críticas de los imanes en óxidos de tierras raras aislados. Empresas como Ionic Technologies, Carester y Shin-Etsu Chemical están desarrollando tecnologías convencionales de extracción con disolventes, mientras que ReElement utiliza un proceso de separación cromatográfica para recuperar los elementos de tierras raras de los imanes con un uso reducido de disolventes.

Una ventaja de la recuperación de tierras raras de ciclo largo es que los procesos pueden complementarse con materias primas minerales primarias si es necesario. Además, la capacidad de vender óxidos de tierras raras aislados en diversos mercados de aplicación (más allá de los imanes) ayuda a sostener los modelos de negocio en las primeras etapas, mientras se establecen los flujos de reciclaje de imanes.

Recuperación crítica de tierras raras a largo y corto plazo a partir de imanes al final de su vida útil. Fuente: IDTechEx

La recuperación en bucle corto procesa directamente los imanes de tierras raras para convertirlos en material magnético puro reciclado. Noveon Magnetics utiliza la pulvimetalurgia, un proceso de sinterización a alta temperatura, para reciclar los imanes al final de su vida útil y convertirlos en nuevos imanes que conservan el 84% de su fuerza magnética original. Por otro lado, HyProMag emplea un proceso de decrepitación por hidrógeno (reacción con gas hidrógeno) para extraer aleación pura de NdFeB de los imanes de tierras raras al final de su vida útil.

IDTechEx calcula que en 2024 se reciclarán 195 toneladas de imanes de tierras raras mediante procesos de bucle corto. A medida que el uso de elementos de tierras raras se consolida en las aplicaciones de imanes, se espera que los procesos de bucle corto se conviertan en estrategias de recuperación cada vez más convincentes debido a su mayor eficiencia energética y química en comparación con las soluciones de bucle largo.

Conclusiones y perspectivas del mercado

La electrificación de las flotas de vehículos en todo el mundo sigue creando demanda de imanes de tierras raras. Es poco probable que esta demanda disminuya - siendo China el mayor mercado de vehículos eléctricos, se espera que los motores de imanes permanentes de tierras raras mantengan la mayoría de la cuota de mercado de motores eléctricos. Aunque la capacidad crítica de refinado de tierras raras y procesamiento de imanes seguirá consolidada en China en un futuro previsible, esto presenta una clara oportunidad para el desarrollo de fuentes alternativas de tierras raras, en particular, la recuperación de los propios imanes.

IDTechEx prevé que en 2045 podrán recuperarse anualmente de fuentes secundarias elementos críticos de tierras raras por valor de 1.200 millones de dólares, y se espera que el valor de los elementos de tierras raras recuperables crezca a una TCAC del 14,9%. Aún no se ha decidido si son más adecuadas las estrategias de recuperación de ciclo largo o corto. Uno de los objetivos actuales de las empresas emergentes de reciclaje de tierras raras es desarrollar modelos de negocio sostenibles hasta que se disponga de volúmenes significativos de material al final de su vida útil para su recuperación. En este sentido, los procesadores de ciclo largo están bien posicionados, ya que los principales actores complementan actualmente las materias primas con residuos mineros y otros minerales primarios procedentes de minas junior de Norteamérica, Australia y África central.

Autor: Dr. Jack Howley, analista tecnológico de IDTechEx