Didattica classe 2° G AFM: progetto “Smartphone”

Oggi, San Valentino,  ho deciso di pubblicare questo post e chissà, FORSE, dopo averlo letto,  digiterete con maggior consapevolezza   i  vari   tvb,  tvttb e  la  serie di consonanti assemblate in criptici, ardenti messaggi d’amore pieni di x e k .

Non solo petrolio.

Ricerca e sfruttamento delle risorse del pianeta sono parole che da sempre si accompagnano  a progresso ma anche a devastazione dei territori  e guerra.  Non occorre viaggiare troppo nel tempo:  si pensi  alla ricerca dell’oro scatenatasi in California nel 1849, una vera e propria “febbre dell’oro” ( The Gold rush è il film del 1925 di  Charlie Chaplin ispirato a quelle vicende), capace di trasformare uomini e paesi;

si pensi alla caccia al petrolio, che ha fatto esplodere guerre devastanti, creato ricchezze stratosferiche e povertà abissali;

ai diamanti,  che da sempre suggellano eterno amore, trasudando sangue  di guerre dimenticate.

Tutta la nostra civiltà poggia su risorse che vanno trovate, scavate, lavorate.Come al supermercato fatichiamo ad associare  le cosce di pollo in vaschetta di polistirolo allo sfortunato pennuto domestico,

il confronto

la riconosci?

così, nel quotidiano non riconosciamo i materiali che hanno prodotto i beni e ne ignoriamo il percorso.

Questa immagine , tratta dal rapporto europeo sulle materie prime  essenziali ( 2011), è molto significativa (anche se in norvegese!) perché ci svela il materiale di partenza, grezzo,  che viene poi  trasformato in … tutto il nostro mondo.

materie prime

Lo immaginavi?

Il progresso tecnologico nella ricerca, nell’ estrazione e nella lavorazione dei minerali e delle materie prime è la chiave per mantenere in vita la nostra civiltà. Oltre a questo,  sono fondamentali i progressi tecnologici  nella trasformazione, fabbricazione, e anche nel le tecniche di riciclo e nello studio di possibili sostituenti .

Nel report dell’ Unione Europea sui  materiali critici e strategici, vale a dire quelli la cui disponibilità è indispensabile all’economia (ma anche all’esercito) , si analizzano 41 tra minerali ed elementi ritenuti assolutamente cruciali.  In particolare, per ogni minerale vengono  messi in relazione: importanza economica, rischio  per l’approvvigionamento, rischio ambientale.

Il risultato è riassunto in questo grafico

materiali critici

grafico importanza economica/rischi dei materiali

Osservando il  grafico,  che ha in ascisse l’importanza economica e in ordinate i rischi, si vede come  14 minerali (area in alto a destra), risultino particolarmente problematici in quanto ad altissima importanza economica , ma anche ad alto rischio.

Eccone l’elenco.

lista-materiali critici

Fluospar è il nome commerciale del fluoruro di calcio CaF2 ; i PGMs sono gli elementi del gruppo del platino: Rutenio (Ru), Rodio (Rh), Palladio (Pd), Osmio (Os), iridio (Ir), Platino (Pt); Le terre Rare sono i 15 elementi del gruppo di Lantanidi dal 57 al 71 ai quali si associano anche Yttrio e Scandio per proprietà chimiche simili.

Dalle previsioni emerge che entro il 2030 la domanda di questi materiali potrebbe più che triplicare rispetto a quella attuale. Il rischio maggiore, relativo alla loro fornitura, è legato al fatto che i maggiori produttori mondiali sono un numero ristretto di paesi: Cina (antimonio, fluoruro di calcio gallio, germanio, grafite, indio, magnesio, Terre Rare e tungsteno), Russia (PGM), Repubblica democratica del Congo (cobalto e tantalio) e Brasile (niobio e tantalio).paesi produttori materiali critici

Bene, ma cosa c’entra tutto questo con  gli smartphone? Queste immagini  dovrebbero  chiarirlo.

terre rare negli smartphon

terre rare negli smartphon

metalli preziosi nei cellulari

metalli preziosi nei cellulari

E nei condensatori sono contenuti : Tantalio  (Coltan, minerale a base di colombite e tantalio) o Niobio

Ne risulta una tavola periodica così composta:

tavola periodica cellulare

tavola periodica del cellulare

Confrontando la tavola col grafico visto prima

materiali critici nel cellulare

materiali critici nel cellulare

Ne risulta che una buona parte dei componenti del nostro insostituibile  smartphone entrano  fra quei 14 problematici materiali

Vediamo più da vicino due dei  componenti in rosso

Partiamo da quell’angolo in alto a destra  del grafico economia/rischi, con quelle terre rare di enorme importanza economica

Ma a cosa serviranno mai questi elementi dai nomi impossibili e poi, sono davvero così rari?

Gli elementi sono:

lantanio, cerio, praseodimio, neodimio, promethio, samario, europio,gadolinio, terbio, disprosio, olmio, erbio, tulio, itterbio e lutezio.

Ad essi si associano, per le proprietà chimiche simili l’Yttrio e lo Scandio. L’insieme delle REE (rare earth elements) può essere suddiviso in due categorie in base al numero atomico: terre rare “leggere” e terre rare“pesanti”. Le prime sono caratterizzate da un peso atomico compreso 57 e 62 come lantanio, cerio, praseodimio, neodimio e samario, e risultano più abbondanti rispetto a quelle “pesanti”. Queste ultime includono le terre rare con un peso atomico tra il 64 e il 71 (insieme all’Ittrio il cui peso atomico è pari a 39) e sono generalmente utilizzate nella produzione di beni ad alta tecnologia.

terre rare

terre rare

Molte applicazioni degli elementi delle REE sono caratterizzate da elevata specificità ed elevato valore. Come esempi  si possono citare i tubi a raggi e i display a cristalli liquidi utilizzati nella costruzione dei monitor dei computer e dei televisori, dove è impiegato l’europio ed il fosforo rosso per i quali non si conosce un prodotto sostitutivo.

importanza economica delle terre rare

importanza economica delle terre rare

In questa tabella sono sinteticamente indicati gli usi prevalenti degli elementi di terre rare.

usi delle terre rare

La scarsa disponibilità di terre rare mette in serio pericolo alcune loro applicazioni ambientali, decisamente aumentate negli ultimi 30 anni: questo andamento è continuo e riguarda soprattutto l’efficienza energetica ed il riscaldamento globale. Alcuni elementi delle TR sono infatti essenziali per la catalisi, per craking del petrolio fluido e per i convertitori catalitici che controllano l’inquinamento in autotrazione. L’adozione di lampade fluorescenti (usando Y, La, Ce, Eu, Gd e Tb) per illuminazione pubblica, potrebbe ridurre le emissioni di CO2 equivalenti alla rimozione di un terzo delle automobili attualmente circolanti. L’applicazione su larga scala delle tecnologie direfrigerazione magnetica potrebbero significativamente ridurre il consumo di energia e emissioni di CO2.( Fonte: rapporto Enea 2011sulle terre rare)

La disponibilità di TR non è certamente ridotta in natura, anche se le  heavy rare earth elements (HREE) non sono molto abbondanti. Gli elementi delle terre rare, presenti nella maggior parte delle formazioni rocciose, sono diffusi in natura in un centinaio di minerali sotto forma di ossidi, carbonati, silicati, fosfati e associati ad altri elementi come ad esempio calcio, berillio, ferro e alluminio.

Tuttavia, a causa delle basse concentrazioni dei singoli elementi presenti nei minerali e delle strette somiglianze chimiche e fisiche tra loro esistenti, le attività di recupero eseparazione sono complesse, i costi di estrazione particolarmente alti e l’impatto ambientale spesso gravoso.

La produzione di TR è concentrata in pochi paesi: Cina, che è il maggiore produttore, Australia, Russia, USA, India, Canada e Vietnam.

produzione terre rare

produzione terre rare
tonnellate prodotte/ anni di produzione

Da osservare peraltro che in Cina, oltre alle miniere “ufficiali”, operano diverse piccole miniere clandestine gestite dalla criminalità organizzata locale, attratta dalle potenzialità del mercato internazionale. Nel 2009 il contrabbando, secondo l’agenzia cinese Xinhua, rappresentava quasi un terzo delle esportazioni: nel 2010 le autorità di Pechino hanno perciò annunciato un deciso giro di vite contro l’estrazione illegale di terre rare, introducendo criteri più restrittivi nelle tecniche di estrazione e di raffinazione per una maggior tutela ambientale.

La sicurezza degli approvvigionamenti nel mercato delle terre rare è una delle principali preoccupazioni. Sebbene domanda e fornitura totale siano attualmente equivalenti, l’offerta di singoli elementi (ad es. neodimio e disprosio) sarà presto insufficiente. Ciò potrebbe tradursi in una forte instabilità dei prezzi per molti settori dell’economia, ed avere effetti negativi sull’integrazione e lo sviluppo di nuove tecnologie, soprattutto quelle “verdi”.

Un altro elemento critico, presente nei cellulari, è il tantalio

Era il 3 aprile del  1973 quando Martin Cooper, da una strada del centro di New York fece la sua prima telefonata pubblica attraverso un telefono cellulare portatile. La prima in assoluto. Perché Martin Cooper è il padre del telefono mobile. Cooper era direttore della sezione Ricerca e sviluppo della Motorola, l’apparecchio che aveva inventato si chiamava Dyna-Tac, era decisamente più ingombrante e pesante di quelli odierni, quasi un chilo e mezzo. La batteria aveva una durata già sostanziosa, circa 30 minuti, ma il problema è che c’era bisogno di 10 ore per ricaricarla.

riuscireste a nasconderlo?

riuscireste a nasconderlo?

Ora le cose sono notevolmente cambiate

I nuovi telefoni sono piccoli grazie all’utilizzo di alcuni metalli, quali il rame, il nichel, il palladio, l’oro, il tantalio, che aiutano a ridurre le dimensioni di un telefono cellulare. Per esempio il tantalio, una polvere compatta utilizzata nella costruzione di condensatori.  negli ultimi anni è stato un fattore chiave nella riduzione delle dimensioni dei telefoni mobili. Questa polvere rara e costosa viene utilizzata per costruire i condensatori utilizzati come accumulatori di energia, pronti all’uso quando sopravvenga una forte ondata di energia verso un telefono cellulare. Questi componenti aiutano a fornire quell’energia extra per il telefono, che la batteria non può fornire da sola.

Ma da dove proviene il tantalio?

La parte orientale della Repubblica Democratica del Congo, la zona del Kivu, che confina con Ruanda, Burundi e Uganda, è di gran lunga la zona più ricca in assoluto di minerali e risorse di tutto il territorio congolese. Ricca di oro e diamanti, dei quali continua a rifornire i mercati mondiali in modo assolutamente illegale, e di coltan. Gli schiavi del Congo spaccano a mano le rocce del coltan

coltan

gli schiavi del coltan

da cui proviene sottobanco un quinto del tantalio mondiale,Il mercato del tantalio sta attraversando un momento difficile proprio  a causa delle forniture a basso costo della columbite-tantalite (coltan) estratta  illegalmente in Africa centrale e venduta sotto costo per finanziare le milizie ribelli. Per tale motivo molte industrie stanno tentando di sviluppare sistemi per tenere fuori dal mercato il coltan.

Questi sono solo due dei  materiali critici che permettono al telefonino di funzionare. Problemi simili li possiamo trovare anche per il reperimento degli altri preziosi elementi. In tutti i casi  l’estrazione di questi minerali strategici, è fortemente collegata a gravissimi problemi di impatto ambientale.

Guardate questa immagine

rocce da  si ricava minerale prezioso

rocce da si ricava minerale prezioso

La quantità di roccia da distruggere per ricavare oro, argento e rame è davvero enorme!

Fate un confronto con quest’altra questa immagine

vantaggi del riciclo degli smartphone

vantaggi del riciclo degli smartphone

E’ evidente che nel caso dell’or, argento e rame contenuti nel cellulare,  il riciclo è assolutamente conveniente!

Purtroppo per il  platino le cose sono meno favorevoli

platino e riciclo smartphone

il riciclo del platino è meno favorevole

E per le terre rare va ancora peggio perché il quantitativo è molto piccolo e le tecniche di recupero sono ancora molto inquinanti

terre rare e riciclo

terre rare e riciclo

Da tutto ciò appare evidente che oltre alla ricerca di nuovi giacimenti e allo sviluppo di politiche nazionali e dell’unione europea che facilitino i rapporti di cooperazione con i paesi che possiedono giacimenti minerari utilizzabili per l’apertura di nuove miniere,

per garantire sviluppo alle nuove tecnologie è necessario

  • Il riciclaggio di apparecchiature elettroniche obsolete;
  • L’ utilizzo di nuovi materiali che sostituiscano almeno in parte quelli di difficile approvvigionamento.

 e ora trovate l’errore !

Sorpresa, in Italia i più grandi giacimenti europei di Terre rare: antimonio in Toscana, titanio in Liguria di Vittorio Da Roldi 11 dicembre 2013 su il Sole24ore

Concludo con la frase di Jane Jacobs “Le città sono le miniere del futuro” sperando che prima o poi tutti, anche in Italia, se ne rendano conto.le città sono miniereFonti:

http://unmig.sviluppoeconomico.gov.it/unmig/miniere/terrerare/terrerare.asp

http://unmig.sviluppoeconomico.gov.it/unmig/miniere/terrerare/dossier_terrerare.pdf

http://unmig.sviluppoeconomico.gov.it/unmig/miniere/terrerare/schede_terrerare.pdf

Informazioni su spanni

prof. di chimica
Questa voce è stata pubblicata in approfondimenti, didattica, seconde, seconde AFM e contrassegnata con , , , , , . Contrassegna il permalink.

2 risposte a Didattica classe 2° G AFM: progetto “Smartphone”

  1. raffrag ha detto:

    Stibium, potevi tu essere da solo nello sforzo Titanico di contenere le perle rare, ma non troppo, dei nostri giornalisti…?
    http://raffrag.wordpress.com/2010/11/25/labbicci-della-chimica/

    Mi piace

Lascia un commento

Inserisci i tuoi dati qui sotto o clicca su un'icona per effettuare l'accesso:

Logo WordPress.com

Stai commentando usando il tuo account WordPress.com. Chiudi sessione / Modifica )

Foto Twitter

Stai commentando usando il tuo account Twitter. Chiudi sessione / Modifica )

Foto di Facebook

Stai commentando usando il tuo account Facebook. Chiudi sessione / Modifica )

Google+ photo

Stai commentando usando il tuo account Google+. Chiudi sessione / Modifica )

Connessione a %s...