Multe dintre dispozitivele moderne – de la telefoane mobile și computere la vehicule electrice și turbine eoliene – se bazează pe magneți puternici fabricați dintr-un tip de minerale numite „pământuri rare”.
Pe măsură ce sistemele și infrastructura vieții cotidiene s-au digitalizat, iar Statele Unite s-au orientat spre energie regenerabilă, accesul la aceste minerale a devenit esențial, iar piețele pentru aceste elemente au cunoscut o expansiune rapidă.
Societatea modernă folosește acum magneți din pământuri rare în toate domeniile, de la apărare națională – unde sistemele bazate pe magneți sunt vitale pentru ghidajul rachetelor și aviație – până la tranziția către energie curată, dependentă de turbine eoliene și vehicule electrice.
Creșterea rapidă a comerțului cu metale rare și impactul acestuia asupra societății nu este un caz singular. De-a lungul istoriei, materialele au modelat discret traiectoria civilizației umane. Ele constituie uneltele pe care le folosim, clădirile în care trăim, dispozitivele care ne mediază relațiile și sistemele care susțin economiile.
Descoperirea unor materiale noi poate declanșa unde de șoc ce transformă industrii, mută balanțele geopolitice și schimbă obiceiurile de zi cu zi.
Știința materialelor este studiul structurii atomice, al proprietăților, procesării și performanței materialelor. Din multe puncte de vedere, este o disciplină cu implicații sociale profunde.
Ca specialist în știința materialelor, mă interesează ce se întâmplă atunci când apar materiale noi.
Sticla, oțelul și magneții din pământuri rare sunt exemple ale modului în care inovația în acest domeniu a propulsat schimbarea tehnologică și, prin urmare, a modelat economiile globale, politica și mediul.
Cum modelează inovația societatea: presiunile sociale și politice stimulează crearea de noi materiale și tehnologii, iar efectele rezultate din utilizarea acestora transformă întreaga structură socială.
Lentilele din sticlă și revoluția științifică
La începutul secolului al XIII-lea, după jefuirea Constantinopolului, unii sticlari bizantini de renume s-au stabilit în Veneția – pe atunci un centru economic și politic important. Nobilimea locală le-a apreciat creațiile, dar, temându-se de incendii, i-a exilat pe sticlari pe insula Murano, sub pedeapsa cu moartea dacă reveneau.
Murano a devenit un centru al meșteșugului sticlei. În secolul al XV-lea, Angelo Barovier a experimentat adăugarea de cenușă vegetală, bogată în potasă, în amestecul de sticlă.
Potasa a redus temperatura de topire, a făcut sticla mai fluidă și a eliminat bulele, crescând claritatea optică. Acest tip de sticlă transparentă a fost ulterior folosit în lupe și ochelari.
Presa de tipărit a lui Johannes Gutenberg (1455) a făcut lectura accesibilă pe scară largă în Europa, ceea ce a dus la o cerere crescută de ochelari de vedere – în special în rândul cărturarilor, negustorilor și clericilor. Astfel, fabricarea ochelarilor a devenit o profesie în sine.
Până la începutul secolului al XVII-lea, lentilele din sticlă au evoluat în dispozitive optice compuse. Galileo Galilei a îndreptat telescopul spre cer, iar Antonie van Leeuwenhoek a descoperit microorganismele cu ajutorul microscopului.
Instrumentele optice au fost transformatoare. Telescopul a redefinit înțelegerea cosmosului. Microscopul a deschis noi domenii în biologie și medicină.
Aceste transformări au marcat zorii științei bazate pe observație și măsurare. Astăzi, Telescopul Spațial James Webb și Observatorul Vera C. Rubin continuă tradiția acestor instrumente timpurii, creând cunoaștere.
Oțelul și imperiile
În secolele XVIII și XIX, Revoluția Industrială a generat o nevoie acută de materiale mai puternice și mai fiabile pentru mașini, căi ferate, nave și infrastructură.
Soluția a fost oțelul – un amestec de fier cu mici cantități de carbon și alte elemente – puternic, durabil și ieftin.
Țările cu capacitate mare de producție de oțel au dobândit o influență economică și politică disproporționată. De exemplu, Parlamentul britanic a adoptat Legea Fierului (1750), care interzicea coloniilor să exporte produse finite din oțel, dorind să păstreze materia primă pentru industria din Anglia.
Benjamin Huntsman a inventat în Sheffield în secolul al XVIII-lea un procedeu de topire în vase ceramice de un metru – creuzete – care produceau oțel de calitate superioară pentru unelte și arme.
O sută de ani mai târziu, Henry Bessemer a dezvoltat procedeul de „suflare a oxigenului” în oțel, ceea ce a crescut enorm viteza de producție și a scăzut costurile. În SUA, Andrew Carnegie a creat o industrie vastă bazată pe acest procedeu.
Disponibilitatea largă a oțelului a schimbat radical felul în care societățile construiau, călătoreau și se apărau. Zgârie-nori și sisteme de transport din oțel au permis extinderea orașelor, navele și tancurile din oțel au consolidat armatele, iar automobilele au devenit parte a vieții cotidiene.
Controlul asupra resurselor de oțel a devenit sinonim cu puterea națională. Ascensiunea Chinei în secolul XXI ca lider mondial în producția de oțel continuă acest model. Între 1995 și 2015, contribuția Chinei la producția globală de oțel a crescut de la 10% la peste 50%. Casa Albă a reacționat în 2018 cu tarife vamale masive pentru oțelul chinezesc.
Metalele rare și comerțul global
La începutul secolului XXI, avansul tehnologiilor digitale și tranziția către o economie bazată pe energii regenerabile au generat cerere pentru elemente din pământuri rare.
Acestea sunt 17 elemente chimic foarte asemănătoare, printre care neodim, disprosiu, samariu, care apar împreună în natură și sunt esențiale pentru fabricarea magneților puternici. Sunt indispensabile pentru motoare electrice eficiente, turbine eoliene și dispozitive electronice.
Din cauza asemănării chimice, separarea și purificarea lor este un proces complex și costisitor.
China controlează majoritatea capacității globale de procesare a pământurilor rare.
Tensiunile politice – în special în jurul tarifelor comerciale și al competiției strategice – pot pune în pericol lanțul de aprovizionare.
Cazul metalelor rare arată cum o singură categorie de materiale poate influența politicile comerciale, planificarea industrială și chiar alianțele diplomatice.
Transformarea tehnologică începe cu presiune socială. Materialele noi creează oportunități pentru inovație științifică și inginerească. Odată dovedită utilitatea unui material, el devine rapid parte integrantă din viața de zi cu zi și din marile sisteme sociale. Fiecare inovație reorganizează discret lumea materială – și, odată cu ea, redefinește ce este posibil, dorit sau considerat normal.
Înțelegerea modului în care societățile răspund la noile inovații în știința materialelor îi poate ajuta pe inginerii și oamenii de știință de astăzi să găsească soluții la crizele de sustenabilitate și securitate. Fiecare decizie tehnică este, într-un fel, și una culturală – iar fiecare material are o poveste care depășește cu mult structura sa moleculară.
Traducere după From glass and steel to rare earth metals, new materials have changed society throughout history de Peter Mullner, profesor de știința și ingineria materialelor, Boise State University.
Imagine: pexels.com
