Los seres humanos somos animales con unas capacidades un tanto mediocres si nos comparamos con otras especies. Ni somos particularmente veloces, ni robustos, ni fuertes. Tampoco tenemos alas, aletas, garras, ni colmillos que nos permitan desplazarnos por estos medios o ser buenos cazadores. Sin embargo, aun con estas carencias, la humanidad ha sido capaz de dominar todos los entornos, desde el cielo, hasta el mar. Este hecho se debe a que, si destacamos por una habilidad, es nuestra manera de aprovechar aquello que nos ofrece el entorno para suplir nuestras carencias.
Si echamos la vista atrás, a la Edad de Piedra, el uso de esquirlas de rocas dotó a nuestros antepasados de garras, colmillos, y muelas fuera del cuerpo. Con ellos, podía cazar, abrirse paso a través de la piel de los animales, rasgar la carne y machacar las duras semillas para lograr alimento que, de otro modo, sería inaccesible. Con estas nuevas habilidades desbloqueadas, los humanos primigenios fueron experimentando con otros materiales como hueso, cerámica y, posteriormente, llegaron los metales.
Con cada nuevo material que se ha cruzado con el ser humano, ha aparecido una nueva posibilidad y, con cada posibilidad, nuevos problemas que solucionar que, a su vez, requerían de un nuevo material o técnica. Tras miles de años girando, la rueda de la innovación nos sitúa en un punto en el que los humanos utilizamos casi la totalidad de la tabla periódica para suplir alguna función concreta. Sin embargo, algunos de estos materiales, necesarios en el mundo en el que vivimos, son muy escasos o de difícil acceso. Por esta razón, están considerados como materias primas críticas.
Estas materias cobran especial relevancia a nivel macroeconómico y geopolítico, ya que en muchas ocasiones son el principal punto de disputa en los acuerdos comerciales entre países. Su acceso y su dependencia han puesto en jaque a la estabilidad de ciertas regiones en más de una ocasión y, con un clima cada vez más tenso, la solución pasa por dejar de depender tanto de estos materiales.
Este es el motivo por el que cientos de laboratorios en todo el mundo dedican gran parte de su esfuerzo a crear materiales con propiedades similares a las materias primas críticas, pero con elementos de fácil acceso.
POR DENTRO. La cara inexplorada del mundo físico
Se conoce como materias primas críticas (critical raw materials) a[U1] una serie de materiales listados por la Comisión Europea y que requieren de una atención especial debido a su importancia económica, así como por el alto riesgo que supondría una interrupción de su suministro para la Unión Europea (UE). En total, la Comisión Europea ha identificado 34 materias primas críticas que tienen un papel fundamental en la visión que tenemos de un futuro moderno.
Por tanto, una materia prima es considerada crítica si cumple dos criterios:
- Tiene una gran importancia económica. Un criterio cambiante y que depende del uso se le dé a este material en sectores estratégicos de la UE.
- Existe un riesgo en el suministro. Un factor que, además, depende de otras condiciones, como la concentración del material en un país o región fuera de la UE, la estabilidad política de dicha región y su grado de reciclaje.
En concreto, la UE estableció en 2023 que podían considerarse materias primas críticas al antimonio, arsénico, bauxita, barita, berilio, bismuto, boro, cobalto, carbón metalúrgico o de coque, cobre, elementos ligeros de las tierras raras, elementos pesados de las tierras raras, escandio, estroncio, feldespato, fluorita, galio, germanio, grafito natural, hafnio, helio, litio, magnesio, manganeso, metales del grupo del platino, niobio, níquel con un grado de pureza suficiente para baterías, roca fosfórica y fósforo, silicio metálico, tántalo, titanio metálico, tungsteno y vanadio.
Dentro de estos 34 materiales, los 17 destacados también se consideran estratégicos, ya que son claves en la transición verde y en todas las áreas relacionadas con la industria de defensa. Por esta razón, se cree que su demanda va a aumentar de manera exponencial en los próximos años, y puede llegar a superar a la producción. Siguiendo este escenario, emergen dos grandes riesgos asociados al futuro de su explotación, como se puede ver en el Gráfico 1. El primero son los problemas medioambientales derivados de su búsqueda y extracción, que pueden afectar al medioambiente y la seguridad alimentaria de los lugares donde existe mayor concentración de estos materiales. Y el segundo serían las tensiones políticas generadas por su demanda, que podrían poner en riesgo la estabilidad de ciertos países o regiones.
Estos posibles conflictos ya han sido ampliamente difundidos entre los medios, y afectan a diferentes materiales críticos y estratégicos, especialmente el litio. Este material, esencial para las baterías, ya ha sido fuente de conflicto entre Estados Unidos, China y otros países del llamado «Triángulo del litio» en Sudamérica. La imposición de aranceles, así como ciertas medidas controvertidas por parte de Estados Unidos para dejar de depender del gigante asiático han llevado a un clima enrarecido que no tiene una solución sencilla.
Europa, por otro lado, también se encuentra en una situación delicada con el litio. Hoy en día, según el Informe Especial acerca de la política industrial de la UE en el ámbito de las baterías, el 87% del litio no refinado procede de Australia, y el 13% restante de Portugal. En cuanto al litio refinado, el 79% del suministro a la UE procede de Chile, y el resto de Suiza, Argentina y otros países.
Sin embargo, acercar la producción la UE no es una tarea sencilla. Se estima que hay 27 depósitos potenciales en nueve países: República Checa, Serbia, Ucrania, España, Francia, Portugal, Alemania, Austria y Finlandia. Con todos estos depósitos, las reservas ascenderían a 8,8 millones de toneladas de óxido de litio y permitirían la independencia de este material. No obstante, sólo existe una mina de litio europea en explotación, situada en Portugal y está sometida a fuertes presiones para no aumentar su producción. También, los planes para la apertura de una mina en el valle de Jadar, al norte de Serbia, se han visto obstaculizados por grupos ecologistas y la presión pública, que temen que contamine las fértiles zonas circundantes y destruya los ecosistemas.
El problema es que todos necesitan litio, así como otras materias primas críticas, pero nadie quiere que se extraiga en su territorio. Siguiendo con este material, para obtener el litio se emplean principalmente dos técnicas: las minas a cielo abierto, donde se extrae la roca directamente para su posterior procesamiento, o las minas de bombeo y extracción. En estas últimas, primero se excava, y luego donde se bombea gran cantidad de agua para crear una mezcla salobre que, posteriormente se lleva a salares de evaporación, donde el litio se concentra y se extrae para su purificación. Ambos métodos requieren de grandes extensiones de terreno, por lo que acaban teniendo un gran impacto para el medio ambiente y de ahí la oposición de las comunidades.
La problemática del litio es solo una muestra del resto de materias primas críticas ya que su futuro no es mucho más halagüeño. Como ya ha destacado en varias ocasiones la presidenta de la Comisión Europea, Ursula von der Leyen, la situación es muy vulnerable. En la cumbre del futuro de la seguridad energética del 24 de abril de 2025 manifestó: “Necesitamos materias primas críticas. Todos ustedes lo saben en esta sala. Esto es aún más importante en el contexto de las restricciones comerciales y las prohibiciones a la exportación que se avecinan, ya lo vemos. Estos minerales son los componentes básicos de la transición limpia. Ya se está trabajando en ello”.
Por esta razón, la UE ha firmado diez acuerdos estratégicos sobre materias primas con países socios. Y ha puesto en marcha la Clean Trade and Investment Partnership, una asociación con Sudáfrica en la que se invertirán 4.700 millones de euros en proyectos de energía limpia para el país a cambio de garantizar el acceso a materiales clave para la transición ecológica como litio, cobalto o níquel.
Sin embargo, la solución al problema no pasa por mover las explotaciones a otros lugares, sino por dotar a todas las regiones de la posibilidad de conseguir estos materiales sin depender de un único proveedor. Por ello, se ha impulsado en los últimos años la Ley Europea de Materias Primas Fundamentales. Esta ley tiene varios objetivos, entre los que se incluyen una serie de metas que han de alcanzarse para el año 2030. Por ejemplo, estipula que un 10% de las necesidades anuales de la UE se cubrirá con la extracción, un 40% con la transformación y un 25% con el reciclado. Además, se establecerán un máximo de dependencia de un 65% del consumo de materias primas críticas por parte de terceros países.
Con ello, se proponen desarrollar las capacidades europeas para lograr establecer rutas más robustas, y mejorar la resiliencia de las cadenas de suministro. Además, se prevé invertir en investigación de nuevas tecnologías para mejorar la eficacia de la extracción, y del procesamiento de los materiales. Por último, una de las claves de esta ley es garantizar una economía más circular, que permita recuperar estas materias a partir de residuos. Así, se pretenden mitigar los efectos adversos para el medio ambiente.
Aunque también se pone sobre la mesa una estrategia mucho más radical e interesante a nivel global. Sustituir completamente estas materias primas críticas por los denominados Earth Abundant Materials. Es decir, establecer como objetivos que las industrias del futuro utilicen en su mayoría o en su totalidad, materiales que no sean considerados críticos.
La corteza terrestre está formada por un 46,1% de oxígeno y un 28,2% de silicio, en su mayoría formando parte de silicatos. Tras ellos, los siguientes elementos más abundantes son el aluminio y el hierro y, cerrando el top 10, se encuentran el calcio, sodio, magnesio, potasio, titanio e hidrógeno.
Ahora bien, su abundancia no implica que se puedan extraer y utilizar con facilidad. Por esta razón, dos de estos elementos, el magnesio y el titanio, se encuentran también en la lista de materias primas críticas. En el caso del magnesio, muy utilizado en la industria automovilística y aeroespacial y biomédica, se encuentra en el listado por su dependencia de China, de donde proceden el 99% de las importaciones, y porque por cada tonelada producida, se importan más de seis, lo que convierte a Europa en dependiente.
En el caso del titanio, se trata de un material muy utilizado también en la industria aeroespacial y en defensa, además de ser clave en dispositivos de uso diario, como smartphones y ordenadores, y en la generación de energía eléctrica. El problema del titanio no es tanto su extracción, sino su posterior procesamiento, ya que únicamente una pequeña cantidad de las industrias es capaz de producir el titanio con las purezas y condiciones necesarias para cada uno de sus usos. La mayoría de titanio proviene de Japón, China, Rusia y Kazajistán.
¿Dónde está la clave? En la innovación. En tratar de hallar tanto nuevos métodos tanto de extracción como de aprovechamiento. Y es en este punto donde instituciones, centros de investigación y empresas han de ir de la mano para llevar a cabo estrategias que permitan obtener los recursos necesarios con el mínimo impacto.
En este marco, los científicos invitados al Simposio Nobel sobre Química para la Sostenibilidad en la Declaración de Estocolmo sobre la química para el futuro tienen mucho que decir para dar forma a la química de las próximas décadas. En la declaración, los científicos abogan por la comunión entre química, sociedad y medioambiente, tres ámbitos que han de ir de la mano para garantizar un futuro seguro. Por ello, se puede leer que “toda innovación sin tener en cuenta la sostenibilidad sería ruinosa”.
Esta frase se refleja perfectamente en el primero de los cinco elementos esenciales para esculpir la química del futuro: “debemos asegurar que el diseño, desarrollo e implementación de productos y procesos químicos se realice de manera que integre el objetivo de reducir o eliminar el daño a las personas y al planeta desde su concepción. Nuestras empresas deben garantizar el diseño para una degradación rápida e inherentemente segura en el caso de productos químicos/materiales de uso disperso, o el diseño para el desmontaje en el caso de productos con potencial de uso circular”, afirma la declaración.
Y añade: “nuestros procesos químicos deben evolucionar desde el uso de sustancias tóxicas, agotables, raras, persistentes y explosivas/inflamables hacia sustancias saludables, renovables, distribuidas, abundantes, no reactivas y degradables. Nuestra manufactura debe evolucionar de ser eficiente a ser eficaz, de instalaciones centralizadas, de propósito único y construidas para durar, a ser distribuidas, adaptables/dinámicas, continuas e inherentemente seguras.[i]
Por tanto, la intención por parte de las mentes más afiladas está ahí. Lista para crear; y esto se materializa en proyectos concretos que eliminan el uso de las materias primas críticas.
La catálisis mediada por metales de transición ha supuesto una auténtica revolución en la síntesis química y ha permitido tanto el estudio como la creación de nuevos complejos metálicos. Además, se trata de una parte esencial para llevar a cabo reacciones químicas que actualmente son omnipresentes en el mundo académico e industrial. Este es el motivo por el que la química de la catálisis por metales de transición ha sido galardonada en varias ocasiones con el Premio Nobel.
Cuatro de las más recientes han tenido lugar en este siglo: en 2001, Ryoji Noyori y William S. Knowles recibieron la mitad del galardón por sus trabajos en catálisis asimétrica mediante rodio y rutenio, y la otra mitad fue para Barry Sharpless, por su trabajo para catalizar moléculas quirales mediante oxidación (entre las que se incluyen aquellas llevadas a cabo mediante osmio y titanio); en 2005, Yves Chauvin, Robert H. Grubbs y Richard Schrock obtuvieron el galardón por su trabajo sobre la metátesis del rutenio y el molibdeno; en 2010, Richard Heck, Ei-ichi Negishi y Akira Suzuki por sus trabajos sobre acoplamientos cruzados catalizados por paladio; y en 2022, Morten Meldal y, de nuevo, Barry Sharpless, recibieron el premio por la química «click» catalizada por cobre. Este premio fue concedido junto a Bertozzi por su desarrollo de la química click bioortogonal.
Estos estudios no quedan en mera teoría, sino que han sido adoptados ampliamente por la industria y gracias a ellos podemos fabricar muchos de los objetos que usamos a diario de forma más eficiente. Entre los catalizadores metálicos más importantes destaca el paladio, que tiene un papel fundamental en las acilaciones carboniativas, que se usan a menudo en la síntesis orgánica, y en las formaciones de enlaces covalentes C-C, C-N y C-O, formados por la compartición de electrones entre átomos. Por su parte, el rodio, el rutenio y el platino se utilizan en las hidrogenaciones (reacciones químicas que adicionan hidrógeno a otro compuesto usando un catalizador).
Todos estos catalizadores están considerados como materias primas críticas, por lo que hoy en día una de las claves es su sustitución por otros de propiedades similares y que estén formados por materialescomo aluminio, hierro, níquel o silicio. Por esta razón, se están utilizando técnicas de análisis que permitan entender los mecanismos por los que puede tener lugar la catálisis, y los ratios de transformación del producto deseado.
Otras industrias también están dando pasos para dejar de depender de las materias primas críticas. Entre ellas, por su importancia a nivel internacional, destacan la industria de producción energética solar fotovoltaica, la industria automovilística y la de defensa.
En la industria solar fotovoltaica, los avances actuales se están realizando en las perovskitas. Se trata de materiales que, debido a su configuración, permiten obtener mayor eficiencia a la hora de captar la luz solar en comparación con las obleas de silicio tradicionales. Varios grupos de investigación claman haber conseguido romper la barrera de eficiencia mayor del 30%. La mejora es de más de un 50% comparada los paneles actuales, lo que podría aumentar aún más la adopción de este método de obtención de energía. No obstante, todavía quedan retos por resolver. Su vida útil, por ejemplo, suele ser menor que la de las obleas, y su escalabilidad, en ocasiones, es complicada.
En el caso de la industria automovilística, se trata de un tema controvertido. Se estima que los vehículos son los causantes de forma directa e indirecta de cerca del 25% de las emisiones de CO2 a la atmósfera, y se espera que sus emisiones sigan aumentando en la próxima década. Para reducir su huella, una de las claves es maximizar su eficiencia sin perder sus capacidades. Con la adopción cada vez mayor de vehículos eléctricos, los departamentos de I+D de las empresas automovilísticas han centrado sus esfuerzos en dos líneas de investigación: la reducción del peso de los vehículos y la eficiencia y sostenibilidad de las baterías de los vehículos eléctricos.
Para el peso cada vez se habla más del “hierro verde”, esto es, materiales que son más ligeros que los tradicionales y que mantienen sus propiedades. Mayoritariamente se trata de aleaciones de aluminio, magnesio o polímeros reforzados con fibra de carbono. Al reducir el peso, también se reduce la energía necesaria para mover el vehículo y, por tanto, el consumo y su impacto en el medio ambiente.
En cuanto a las baterías, hoy en día existe una gran expectación en el uso de ferrofosfato para el cátodo de las baterías de litio, en vez de cobalto o níquel. Sus ventajas son múltiples. En materia de seguridad, por ejemplo, el ferrofosfato es intrínsecamente más estable que sus contrapartes de metales críticos y, por tanto, tiene un menor riesgo de incendio o explosión. También tiene una mayor vida útil, puede soportar una mayor densidad de potencia y una carga y descarga rápidas. Además, la extracción de los materiales necesarios para su construcción es más respetuosa con el medio ambiente que las de níquel y cobalto, al ser el hierro mucho más abundante.
En la industria de defensa, el ambiente se encuentra bastante más enrarecido. La montaña rusa que ha supuesto la política internacional en los últimos años ha provocado un clima tenso. Por ello, el acceso a algunos de los materiales más utilizados en la industria de defensa podría dejar de estar disponible en los próximos años. Realizando una evaluación de las materias primas usadas en defensa, se encontró que al menos 19 (berilio, boro, disprosio, germanio, oro, indio, magnesio, molibdeno, neodimio, niobio, praseodimio, un grupo de otras tierras raras, samario, tantalio, torio, titanio, vanadio, circonio e itrio) la UE depende en más de un 50% de las importaciones. Por tanto, podrían verse interrumpidas por cambios en los países productores.
China es el principal productor de un tercio de las materias primas señaladas y, en la actualidad, el riesgo de suministro de materias primas producidas en este país se considera alto. Por ello, se están investigando potenciales yacimientos en distintos países de la UE, así como una diversificación de los países importadores para que sea posible garantizar los suministros en caso de restricciones.
El reto actual con las materias críticas va más allá de simplemente asegurar el suministro de minerales esenciales; consiste en reinventar la forma en que interactuamos con nuestros recursos naturales en un contexto de sostenibilidad y economía circular. La dependencia excesiva de unos pocos países exportadores no solo restringe la autonomía industrial, sino que también coloca en riesgo el cumplimiento de los compromisos climáticos y tecnológicos que hoy marcan la agenda internacional. En este sentido, surge la necesidad de desarrollar alternativas sostenibles y abundantes que permitan una extracción y procesamiento más limpio, con un enfoque en la innovación y el respeto al medio ambiente.
Este desafío global implica transformar los métodos tradicionales de extracción, incorporando tecnologías emergentes que minimicen el impacto ambiental, fomentando el reciclaje y la reutilización de materiales, y estableciendo alianzas entre el sector público y privado para impulsar proyectos de investigación y desarrollo. Al mismo tiempo, la competencia geopolítica subraya la urgencia de crear modelos de cooperación internacional que garanticen una mayor resiliencia ante crisis en el suministro. La convergencia de estos factores articula no solo una oportunidad para rediseñar la industria del futuro, sino también un compromiso ético y estratégico para impulsar la sostenibilidad y reducir las desigualdades en el acceso a recursos críticos.
EN ACCIÓN. Reinvertar las materias de la nueva economía
La industria química se ha convertido en uno de los sectores más grandes de la economía mundial, con unos ingresos anuales de alrededor de 4,3 billones de euros (muy cerca del PIB de Alemania) y más de 15 millones de trabajadores. El 25% de la economía de Estados Unidos depende de la química, un sector que ese país ha liderado durante mucho tiempo a nivel global, aunque no faltan voces que dudan de que pueda seguir haciéndolo, a la vista de las tendencias de cambio. De la industria química dependen actividades tan diversas como los sistemas de atención médica, el embalaje, la agricultura, el textil, la automoción, la construcción… el 96% de los bienes manufacturados requieren de ella. El 80% de la industria actual se compone principalmente de cinco materiales: acero, carbón, oro, cobre y aluminio; sin embargo, la producción de intermedios químicos básicos, como amoniaco, metanol, etileno, propileno, butadieno, benceno, tolueno, xileno, afecta directamente a casi todos los aspectos de la economía mundial. Por lo tanto, a menos que el sistema químico haga la transición hacia un modelo de operación sostenible, será difícil que los otros sectores que utilizan sus productos lo logren verdaderamente.
A pesar de la caída del 8% en los ingresos de la industria química en 2023, en un contexto difícil por el cierre de plantas en Europa[ii] y la regionalización en la fabricación de algunos productos, sus gastos de capital y en I+D crecieron un 6% y un 2%, respectivamente. En ambos casos, reciben el impulso, por un lado, de tecnologías de la era digital como la inteligencia artificial (IA), la robótica, la impresión 3D y la informática de materiales, que incluye aprendizaje automático, las simulaciones y, eventualmente, la computación cuántica. Propuestas como la Iniciativa del Genoma de los Materiales buscan, por ejemplo, desde hace una década, apalancarse en ellas para ampliar la gama de materiales avanzados y acelerar el plazo de comercialización[iii].
Junto a ello, la innovación en el sector químico se ve impulsada por el mayor enfoque en la sostenibilidad y la necesidad de adaptarse a los cambios en las preferencias de los clientes. Más de 1.700 empresas e instituciones financieras a nivel mundial han anunciado compromisos de cero emisiones netas, y el 59% de los directivos encuestados por Deloitte asegura que sus empresas han comenzado a utilizar materiales sostenibles, como los reciclados y los obtenidos con menores emisiones[iv].
La preocupación está justificada porque se estima que los metales críticos podrían experimentar elevados aumentos de precio hasta 2035, en particular, el paladio, el iridio y el níquel subirán un 165%, un 140% y un 107%, respectivamente, y otros materiales, en un escenario de tasa de inflación anual media del 2% durante la próxima década, podrían ver cómo su precio se dispara un 24%.
La criticidad del paladio se intensificará, y resulta vital para la industria catalítica del automóvil (83% de la demanda global) y del sector químico (6%). La demanda global de iridio podría alcanzar las 20 toneladas/año en 2040, lejos de las 6,8 t/año de producción en 2022. Su papel es especialmente relevante en las tecnologías verdes emergentes, particularmente para la producción de hidrógeno, pero su tasa de reciclaje es de apenas el 14%. A pesar de su amplia disponibilidad y de que la producción global de níquel está más dispersa, la competencia global por este material muy probablemente se intensificará en el futuro cercano. Tiene aplicaciones críticas en la producción de acero y en las industrias del automóvil y de baterías, y la demanda procedente de la industria de tecnologías limpias crecerá más del 30% en un escenario de continuidad y en torno al 60% en una trayectoria alineada con los objetivos del Acuerdo de París en 2040, en comparación con el 10% en 2022.
La batalla no se centra sólo en la disponibilidad de las materias primas, sino también de las tecnologías que sirven para procesarlas y disponerlas para su uso comercial. China prohibió la exportación de tecnologías de procesamiento de tierras raras en diciembre de 2023 e incrementó sus inversiones en adquisición de minas en el extranjero hasta los 10.000 millones de euros, con un enfoque particular en metales para baterías como el litio, el níquel y el cobalto.
En ese camino hacia la sostenibilidad económica y medioambiental, uno de los grandes desafíos del sector químico mundial en materia de innovación consistirá en encontrar alternativas nuevas a las denominadas materias primas críticas. En 2023, la UE otorgó esa clasificación a 34 materiales, en función de su importancia económica y riesgo de suministro, así como por su relevancia tanto para la transición digital y energética como para las aplicaciones de defensa y espaciales. Este enfoque dio lugar a una segunda lista de 17 materias primas estratégicas en las que se incluyó el cobre y el níquel, a pesar de su suministro está bien diversificado.
Hay una tercera vía que contempla la transición hacia las «materias primas circulares»[v], un paradigma complementario a los anteriores y regido por la reducción de residuos, la prolongación del ciclo de vida de los productos y el reciclaje de materiales. En el Gráfico 3 se pueden observar las oportunidades que se abren este sentido. La Alianza Europea de Materias Primas (ERMA), liderada por EIT RawMaterials, cuenta ya con más de 750 miembros, con un potencial de inversión total de unos 50.000 millones de euros, y asegura disponer de capacidad para reducir la brecha entre la oferta y la demanda de materias primas de la UE entre un 20% y un 100% en una amplia gama de materias primas críticas y estratégicas[vi].
Encontrar una solución a la criticidad las materias primas es un imperativo para Europa, que impulsa diferentes vías de trabajo, entre ellas la sustitución de las que se utilizan actualmente en muchos procesos y productos por otras basadas en materiales más abundantes. Puede ser la opción más interesante porque solo el 7,3% de la demanda anual en la UE se satisface mediante reciclaje de residuos[vii], de hecho, la mayoría de las materias primas críticas tienen un EOL-RIR (tasa de entrada de reciclaje al final de la vida útil) inferior al 5%. Mientras ese porcentaje no aumente y no se encuentren alternativas, la dependencia no dejará de aumentar.
La mitad del cobre producido se desecha ahora mismo y eso resulta difícil de digerir para sectores de rápido crecimiento, como la inteligencia artificial (IA), los centros de datos, las tecnologías de energía limpia y los vehículos eléctricos, cuya demanda podría incrementarse en un 50% hasta 2040. Sólo en 2022, se produjeron aproximadamente 64 millones de toneladas de productos electrónicos con un alto contenido de cobre en todo el mundo, pero solo se reciclaron 14 millones de toneladas (22%). Eso implica seguir aumentando el dióxido de carbono emitido durante la producción de cobre, pese a que, con un desarrollo tecnológico adecuado, los expertos creen que podría reducirse hasta en un 85%.
Algunos productos individuales, como las luces LED, contienen solo cantidades minúsculas de estos materiales. Sin embargo, el gran volumen de desechos electrónicos supone un desperdicio significativo de materias primas críticas. Además, los procesos actuales de reciclaje son incompatibles entre sí, y solo se puede recuperar en cada caso uno de estos tres grupos por separado: indio y galio; tierras raras (europio, gadolinio, terbio e itrio); y plata, oro y paladio. Para otras materias primas críticas, como el litio, las tecnologías de reciclaje simplemente aún no existen o no resultan viables por su alto coste. De hecho, de las baterías de iones de litio se recupera de forma principal el cobalto, que es el material más caro.
La rápida adopción de vehículos eléctricos en Europa abre una ventana de oportunidad, porque está acelerando la eliminación gradual de los vehículos convencionales para reducir las emisiones de CO₂ hasta 2035. El platino utilizado hoy en los catalizadores de automóviles podría ser una fuente interesante de materias primas secundarias para la fabricación de electrolizadores a partir de 2030. La Alianza para el Hidrógeno Limpio ha decidido financiar proyectos de investigación en esa dirección. Se dan circunstancias paradójicas: el sector espacial se nutre de gases nobles y helio, un campo en el que Europa dispone de una potente capacidad industrial, con empresas como Linde y AirLiquide. Sin embargo, el helio crudo es muy sensible al contexto geopolítico, debido a que el suministro se concentra en tan solo tres países: Catar, Rusia y Argelia, que representan el 60% de la producción mundial. De igual forma, la producción anual de amoniaco, que lideran China, Rusia, Estados Unidos e India, aumentará de 235 millones de metros cúbicos en 2019 a 290 millones de toneladas métricas a finales de 2030, debido al enorme crecimiento demográfico y al avance de la industrialización.
El Informe Draghi ha abordado con profundidad la cuestión de las alternativas a las materias primas críticas. Recomienda que la UE desarrolle una hoja de ruta industrial que tenga en cuenta la convergencia horizontal (la electrificación, la digitalización y la circularidad) y la convergencia vertical (recursos estratégicos, baterías, infraestructura de transporte y carga) de las cadenas de valor en el ecosistema de la automoción. La UE podría cubrir entre más de la mitad y tres cuartas partes de sus necesidades de metales para tecnologías limpias en 2050 mediante el reciclaje local, añade, y recomienda establecer un verdadero Mercado Único para los residuos y la circularidad. Hay un dato relevante a considerar que no suele asociarse al problema de los nuevos materiales y es que las proyecciones indican que, en 2030, el sector de las materias primas necesitará 1,2 millones de profesionales cualificados.
La UE ha decidido apoyar estas dinámicas con la aprobación de normativas como la Ley de Materias Primas Críticas, que establece para 2030 objetivos como los de alcanzar una la capacidad de extracción equivalente al 10% del consumo anual de la UE, una capacidad de procesamiento del 40% y una capacidad de reciclado del 25% del consumo anual de materias primas estratégicas, frente al 11% actual. Además, la UE no deberá depender de un solo tercer país en más del 65% del suministro de una materia prima crítica en 2030. La ley insta también a los Estados miembro a implementar plazos de concesión de permisos más cortos para lo que denomina “Proyectos Estratégicos”: 27 meses para los permisos de extracción y 15 meses para la tramitación, en comparación con los procesos que actualmente tardan entre tres y cinco veces más.
Complementan a esta regulación otras como el Reglamento sobre Baterías, que exige un contenido reciclado mínimo para las baterías nuevas, y las Directivas sobre Residuos de Aparatos Eléctricos y Electrónicos o el Plan de Acción para la Nueva Economía Circular. Al evaluar la criticidad que presentan los materiales de relevancia industrial, por último, la Comisión Europea tiene en cuenta los factores socioeconómicos, ambientales y geopolíticos que afectan a su disponibilidad y a su uso. Por ejemplo, un vehículo eléctrico requerirá aproximadamente seis veces más insumos minerales que un vehículo actual con motor de combustión interna, y una planta de energía eólica terrestre requerirá nueve veces más minerales que una planta de energía a gas de tamaño similar.
Se considera que la necesidad de asegurar el suministro de materias primas críticas es una de las razones detrás del renacimiento de las políticas industriales a nivel mundial, incluidas las llamadas a la reindustrialización de la UE. Resulta paradójico, en ese sentido, que los proyectos en curso financiados a través de Horizonte Europa relacionados con las materias primas críticas se enfoquen principalmente en el reciclaje y la recuperación. Las baterías, los catalizadores y los condensadores son las tecnologías más investigadas, mientras que los imanes para turbinas eólicas y paneles solares parecen estar subrepresentados. Las materias primas críticas que más se abordan en los proyectos de Horizonte Europa son el cobalto, el litio, los metales del grupo del platino, el níquel y el manganeso. Sólo se plantea la cooperación con Zambia y Sudáfrica como países no europeos, mientras que Finlandia, Grecia y Portugal concentran los mayores proyectos de demostración y tecnologías piloto.
Un enfoque interesante aboga por diseñar productos que requieran un uso más eficiente de los materiales, por ejemplo, reduciendo la carga de metales preciosos empleados en los catalizadores. El concepto de «Diseño para la Circularidad» replantea todo el ciclo de vida de los productos desde ese nuevo enfoque. Los teléfonos móviles inteligentes utilizan 31 elementos (algunas fuentes elevan esta cifra hasta alrededor de 70) que suelen tener que reemplazarse cuando se cambia dispositivo, es decir, con mayor rapidez de la necesaria, ya que su perspectiva no es la reutilización.
En los electrolizadores de membrana de intercambio de protones (PEM), que se emplean para generar oxígeno e hidrógeno a partir del agua, se podrían utilizar catalizadores de un solo átomo, nanopartículas o estructuras de superficie extendida, que no solo implican precios más bajos, sino que también habilitan nuevas funciones y características. Se ha encontrado un uso reciente también de los catalizadores de un solo átomo para la síntesis de una variedad de productos químicos finos. Sin embargo, se necesita un enfoque holístico de la comunidad científica para facilitar la inversión y su integración potencial en diversas industrias químicas, como la alimentaria (saborizantes y fragancias) y la farmacéutica (profármacos e intermediarios en la síntesis de diversos principios activos farmacéuticos).
Junto a los esfuerzos en mejorar el diseño de los productos, para hacer un uso más óptimo de los materiales, las técnicas de fabricación avanzadas, como la impresión 3D, ofrecen una vía complementaria interesante, ya que permiten un uso más preciso de los materiales, con un menor coste energético. Es posible encontrar también apoyo en los modelos de producto como servicio cada vez más habituales en la economía. Al permanecer la propiedad en manos del fabricante, se puede promover la longevidad, la reutilización y la renovación de las materias primas, en lugar del reemplazo. Este enfoque, que ya es común en el transporte, podría aplicarse más ampliamente en otros sectores como la iluminación, la impresión o la electrónica.
Y, por supuesto, la inteligencia artificial (IA) está permitiendo dar un salto fundamental en la búsqueda de nuevos materiales. Empresas tecnológicas estadounidenses unieron a varios laboratorios federales de investigación para utilizar IA y desarrollar un nuevo material que podría reducir el contenido de litio en las baterías en un 70%. Una de las implicadas fue Microsoft, que ha lanzado Azure Quantum Elements para acelerar el descubrimiento científico con el poder de la IA, la computación en la nube y, eventualmente, los ordenadores cuánticos a gran escala. Ha trabajado con empresas como Johnson Matthey, 1910 Genetics y AkzoNobel, entre otras. Sus modelos de IA han analizado digitalmente más de 32 millones de materiales potenciales y han encontrado más de 500.000 candidatos estables para un nuevo electrolito de batería de estado sólido[viii]. Los modelos GNoME de Google DeepMind han descubierto más de 2,2 millones de estructuras estables con las que incrementar la Base de Datos de Estructuras Cristalinas Inorgánicas (ICSD). Dado que los materiales descubiertos compiten por la estabilidad, la envoltura convexa actualizada ha pasado a contener 381.000 nuevas entradas para un total de 421.000 cristales estables, lo que representa una expansión de un orden de magnitud de todos los descubrimientos previos[ix].
Sustituir las materias primas críticas por materiales menos críticos sigue siendo, en última instancia, la estrategia clave. Se están produciendo multitud de avances en este sentido. La producción de electrolizadores para generar hidrógeno requiere al menos 40 materias primas y la UE actualmente produce solo entre el 1% y el 5%[x]. Para el almacenamiento de energía estacionaria a largo plazo, las baterías de flujo redox son una posible solución. Se investiga la sustitución del electrolito de vanadio por electrolitos de zinc o, preferiblemente, de hierro. El desarrollo continuo de nuevas químicas para baterías ofrece un campo de innovación apasionante, con promesas como los electrolitos sólidos y ánodos de sodio. Aunque estas tecnologías emergentes podrían no adoptarse a gran escala en modelos de automóviles de segunda o incluso tercera generación hasta dentro de 10 a 15 años[xi]. Asimismo, se busca alternativas basadas en ferrita a los imanes de los motores de los vehículos eléctricos y los aerogeneradores que contienen elementos de tierras raras (REE), como los de neodimio-hierro-boro. El ejemplo más famoso ha sido la sustitución de las baterías de iones de litio basadas en níquel, manganeso y cobalto (NMC) de los coches de Tesla por baterías de iones de litio basadas en litio, hierro y fosfato (LFP)[xii].
En lugar de sustituir materiales vinculados a las tecnologías energéticas limpias que ya han alcanzado un alto nivel de madurez, se está considerando también la transición hacia tecnologías completamente alternativas. Es el caso de las perovskitas en fotovoltaica, siempre y cuando se consiga resolver el desafío de su vida útil, un problema similar al de la fotovoltaica orgánica. El seleniuro de antimonio es un material muy prometedor, con potencial para convertirse en una alternativa competitiva a las tecnologías tradicionales basadas en silicio, teluro de cadmio y CIGS (material semiconductor compuesto de cobre, indio, galio y selenio). La fotovoltaica de película delgada también genera grandes expectativas desde una perspectiva industrial, pero se ve afectada por la escasez de telurio, indio y galio en la corteza terrestre, a lo que se suma la toxicidad del cadmio.
En cuanto a las tecnologías alternativas para la electrólisis del agua, la mayoría necesitan mejorar en escalabilidad, al igual que la energía eólica aérea y la energía oceánica. Los generadores síncronos multipolares de Enercon y los generadores basados en superconductores General Electric, son ejemplos de soluciones tecnológicas emergentes alternativas a los imanes. SpaceX decidió utilizar para su constelación Starlink células solares de silicio suministradas por Taiwan Solar Energy Corporation (TSEC) pese a que tradicionalmente se han utilizado en aplicaciones terrestres, una decisión que no deja de tener sus riesgos.
Los materiales avanzados y las soluciones de almacenamiento y conversión pueden generar ahorros de dos dígitos en el sector de las energías limpias[xiii]. Junto a ello, las pérdidas en los sistemas electrónicos de potencia podrían reducirse aproximadamente a la mitad gracias a la introducción de semiconductores WBG (Wide Bandgap) de alta tensión, lo que conllevaría una disminución significativa de la cantidad de materiales necesarios, incluidas las materias primas críticas, y favorecería la miniaturización de dispositivos. La expansión de las redes de CC (corriente continua) hacia tensiones cada vez más altas, también reducirá los materiales necesarios para la expansión de la red, ya que son mucho más eficientes que las líneas de transmisión de CA (corriente alterna) con el mismo consumo de material. Además, las nuevas tecnologías para el aislamiento galvánico de media frecuencia de secciones de red pueden lograr ahorros de material superiores al 90% en comparación con los transformadores que operan a las frecuencias predominantes de 50/60 Hz[xiv].
Otra línea de trabajo de la investigación química se dirige a sustituir los metales menos abundantes en la tierra, como el paladio o el platino, por otros más habituales como el cobalto o el manganeso. Esencialmente eso no supone más que pasar de una materia prima crítica a otra, en efecto, pero la disponibilidad de un elemento y la seguridad del suministro, que por lo general se asocia con el abastecimiento diversificado, son claves para mitigar el riesgo comercial. Sucede lo mismo con el fósforo, el silicio, el carbono, el aluminio y el titanio. Christina Wegeberg, profesora de la Universidad de Sur de Dinamarca, investiga si es posible utilizar el manganeso en la captación de luz y potencialmente en la conversión de energía solar. Su proyecto continúa la senda de otro anterior en el que se consiguió una vida útil del cromo en estado excitado de 50 nanosegundos.
El desarrollo de materiales fotoactivados también podría permitir a la industria realizar reacciones sintéticas complejas en condiciones suaves, aprovechando la energía de la luz solar, lo que abre nuevas posibilidades para la modificación de biomoléculas. Estas últimas, entre las que incluyen desde el ADN, a las proteínas o los carbohidratos, son estructuras muy delicadas y complejas. Las condiciones agresivas de la química tradicional pueden destruirlas o modificarlas de forma indeseada. Al poder realizar las reacciones en condiciones suaves gracias a los materiales fotoactivados, se pueden manipular y modificar de forma controlada y precisa, lo que tiene un gran potencial en campos como la medicina, la biotecnología y la farmacéutica. El mayor aporte de energía gracias a los materiales fotoactivados podría facilitar, asimismo, la descomposición de sustancias químicas indeseables que, de otro modo, serían difíciles de eliminar, como sucede en las aplicaciones de purificación de agua. En ese sentido, los derivados que contienen fósforo son frecuentes en muchas áreas de la vida cotidiana, entre ellas la medicina y el descubrimiento de fármacos, las ciencias de los materiales, en particular para las propiedades electrónicas, y la agricultura y la protección de cultivos[xv].
La innovación en el campo de los nuevos materiales puede incluir también desde el desarrollo de nuevas aleaciones a la creación de nuevos materiales compuestos y biomateriales sostenibles. En el primer caso, hay que actuar con prudencia, porque se ha demostrado que el riesgo de suministro aumenta con el número de elementos involucrados en la aleación y puede superar rápidamente al asociado al elemento que se busca reemplazar[xvi]. En el segundo caso, se estima que las soluciones del sector químico basadas en la naturaleza pueden contribuir hasta en un 37% a la reducción de emisiones necesaria para 2030[xvii] y más del 40% de las inversiones en innovación circular están relacionadas con materiales de origen biológico o con el reciclaje de materias primas.
EN ESPAÑA. El salto de la química: del laboratorio al mercado
España es el tercer país de Europa con más recursos mineros[xviii], con alrededor de 2.700 explotaciones activas que han consolidado la minería de metales como actividad principal. De ellas se extraen también otros materiales que pueden no ser críticos para la UE, pero tienen enorme relevancia para la economía española, desde minerales industriales (feldespato, magnesita, potasa, caolín, celestina, y arcillas especiales que incluyen atap ulgita, sepiolita y bentonita), a rocas ornamentales (calizas y mármoles, granitos y pizarras de techar) y productos de cantera (yeso, margas, arenas y gravas).
Un informe de la Oficina de Ciencia y Tecnología del Congreso destaca que España es el segundo productor de mineral de cobre y el único productor de estroncio dentro de la UE, responsable del 34% del suministro global de este metal a la UE. Nuestro país produce también feldespato, wolframio, silicio metal, espato flúor y tántalo, y cuenta con depósitos de antimonio, barita, bismuto, cobalto, litio y tierras raras, en su mayoría ubicados en el noroeste de la Península. En la Faja pirítica ibérica se encuentra, por su parte, la mayor concentración de sulfuros masivos. Para el futuro, España estudia alrededor de 40 proyectos de minería metálica en distintas fases de desarrollo o directamente paralizados. La capacidad de procesado y refinamiento de minerales se centra fundamentalmente en cobre, aluminio y zinc.
Por lo que se refiere a las líneas estratégicas relacionadas con los materiales avanzados, impulsadas desde el Gobierno central, aparecen tanto en la propuesta de Estrategia a Largo Plazo para una Economía Española Moderna, Competitiva y Climáticamente Neutra en 2050 como en la Estrategia Española de Economía Circular, España Circular 2030. En ambos casos se promueve la reducción del consumo y el impulso de las actividades de reparación, reutilización y reciclado para que las materias primas secundarias puedan satisfacer una mayor parte de la demanda de minerales.
Siete comunidades autónomas se han integrado en el Programa de Materiales Avanzados. Se trata de Aragón, Cataluña, Castilla-León, Comunidad Valenciana, Madrid, País Vasco y Castilla-La Mancha[xix]. Se comprometen a colaborar en materia de investigación e innovación para desplegar una estrategia conjunta de I+D+i basada en el fomento de las sinergias entre centros de investigación, centros tecnológicos y empresas. El programa contempla dos tipos de acciones interconectadas: en el ámbito de las acciones de investigación, propone el estudio de nanomateriales con funcionalidades avanzadas, entre otros, el grafeno y otros materiales 2D, los materiales inteligentes y los materiales nanoestructurados con aplicación directa en sectores estratégicos como la energía, el medio ambiente, la electrónica, las TICs o la salud. En cuanto a las acciones de integración y colaboración, las comunidades autónomas colaborarán en acciones de visibilización y difusión, de formación y de investigación e innovación conjuntas.
Entre los hitos recientes de nuestro tejido investigador destaca la colaboración internacional, dirigida por el profesor Dominik Kraus de la Universidad de Rostock y el Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, en la que participan profesores del ICMUV (Instituto de Ciencias de Materiales de la Universitat de València), que forma parte del Programa de Materiales Avanzados. El proyecto utilizó el láser de alto rendimiento DIPOLE 100-X para estudiar el carbono líquido en el European XFEL, el láser de rayos X más grande del mundo, lo que puede considerarse un logro sin precedentes.
Tecnologías futuras como la fusión nuclear podrían recurrir al carbono líquido, que se encuentra probablemente en el interior de los planetas gigantes helados. Se trata de un hito científico-tecnológico porque resultaba prácticamente imposible hasta ahora estudiarlo en el laboratorio a presión ambiental. Se necesitaba presión extrema y temperaturas enormes, de 4.500 grados centígrados, hasta que la compresión láser ha conseguido convertir el carbono sólido en líquido durante fracciones de segundo en las que se podrán realizar mediciones. En España, entidades como MATERPLAT, la Plataforma Tecnológica Española de Materiales Avanzados y Nanomateriales, que representa a más de 250 organizaciones, se encargan de impulsar la I+D de materiales avanzados, con iniciativas como el Plan Complementario de Materiales Avanzados, enfocado en nanomateriales como el grafeno para energía, salud, electrónica y medio ambiente. Por su parte, instituciones como el Sincrotrón ALBA e ICN2 organizan también la Conferencia de Materiales Avanzados en España. La primera de ellas alberga la nueva infraestructura de investigación InCAEM (Instalación correlativa in situ para materiales energéticos avanzados) en la que están implicados también centros como ICN2, ICMAB-CSIC e IFAE-PIC.
[i] Feringa, B., García Martínez, J., et al. (2025) ‘Declaración de Estocolmo sobre la química del futuro’. Estocolmo: Committee of the Nobel Symposium and Stockholm University Center for Circular and Sustainable Systems (SUCCeSS) (Consultado el 18/06/2025).
[ii] Will Beacham, Corinne de Berry, “Cracker closures: facing the inevitable”, ICIS, n. d.
[iii] 2025 Chemical Industry Outlook, Deloitte, 4 de noviembre de 2024
[iv] David Yankovitz et al., “The future of materials”, Deloitte, 2 de junio de 2023, consultado el 10/05/2025
[v] Joost M. van Gaalen, J. Chris Slootweg, From Critical Raw Materials to Circular Raw Materials, ChemSusChem, 22 de octubre de 2024, consultado el 08/05/2025
[vi] https://eitrawmaterials.eu/position-fp-10
[vii] A Circular European Critical Raw Materials Management System: The 2023 Playbook, Circular Innovation Lab, 2023.
[viii] Nathan Baker, “Unlocking a new era for scientific discovery with AI: How Microsoft’s AI screened over 32 million candidates to find a better battery”, Microsoft, 9 de enero de 2024, consultado el 09/05/2025
[ix] Amil Merchant et al., Scaling deep learning for materials discovery, Nature, 29 de noviembre de 2023, consultado el 09/05/2025. doi.org/10.1038/s41586-023-06735-9
[x] Mario Draghi, “The future of European competitiveness”, Comisión Europea, septiembre de 2024
[xi] Juan Merlini, Ricardo Monte Alto, “Metals for mobility: How mining can meet electric vehicle demand and support the energy transition”, World Economic Forum, 12 de febrero de 2025
[xii] Jan Merten et al. From emissions to resources: mitigating the critical raw material supply chain vulnerability of renewable energy technologies, Mineral Economics, 20 de febrero de 2024, consultado el 09/05/2024, doi.org/10.1007/s13563-024-00425-2
[xiii] Materials for Energy Storage and Conversion A European Call for Action, EIT Raw Materials, ERMA, Comisión Europea, 2023
[xiv] “Securing sustainable critical raw material supply for clean energy in Europe”, EERA, 2023
[xv] Yumeng Yuan, Christophe Darcel, Earth Abundant Transition Metal Catalysts: New and Efficient Tools for Hydrophosphination and Oxyphosphination of Alkenes and Alkynes, ChemCatChem, 27 de mayo de 2024, doi.org/10.1002/cctc.202400703
[xvi] François Rousseau et al. Is alloying a promising path to substitute critical raw materials?, Materials Today, abril de 2025, doi.org/10.1016/j.mattod.2025.01.015
[xvii] “Nature Positive: Role of the Chemical Sector”, World Economic Forum, Oliver Wyman, abril de 2024
[xviii] “Materiales y materias primas críticas en la transición energética”, Oficina de Ciencia y Tecnología del Congreso, 29 de octubre de 2024, doi.org/10.57952/gbrz-xn19
[xix] https://www.materialesavanzados.es/
[U1]Ya hemos usado este término pero lo definimos ahora.