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May 20, 2023

Los imanes se acuñarán para los multimillonarios del mañana

En una de las escenas más icónicas de The Graduate, el joven Dustin Hoffman

En una de las escenas más emblemáticas de The Graduate, el joven personaje de Dustin Hoffman, Benjamin Braddock, recibe un consejo de inversión no solicitado de un amigo de la familia: "plásticos".

Vuelva a reproducir esa escena hoy y el irresponsable Benjamin podría escuchar una palabra diferente: imanes. En los últimos años, el humilde imán se ha vuelto absolutamente esencial para una serie de industrias modernas, desde vehículos eléctricos hasta turbinas eólicas. Es un bloque de construcción de alta tecnología sobre el cual se harán fortunas.

La historia poco conocida de cómo los imanes llegaron a conquistar el mundo va más allá de los metales exóticos y la investigación de vanguardia. Cada vez más, es la historia de la geopolítica, con crecientes tensiones entre China y Estados Unidos como parte central de la historia.

Antes de la revolución industrial, los únicos objetos que poseían propiedades magnéticas permanentes eran los imanes: piezas de magnetita mineral. Las "piedras" estaban compuestas de tres partes de hierro por cuatro partes de oxígeno, junto con algunos otros ingredientes críticos, como aluminio, titanio y manganeso. Y por último, pero no menos importante, los rayos.

Cuando un trozo de magnetita es golpeado con un rayo del azul, el campo magnético del rayo reorganiza los iones en la roca, confiriendo propiedades magnéticas en toda su superficie. Este notable fenómeno ayuda a explicar por qué los imanes naturales eran curiosidades atesoradas antes de la era moderna.

En algún momento de la época medieval, alguien descubrió otra manera: frotar una aguja de hierro sobre una piedra imán y la aguja también adquirió poderes magnéticos. Este descubrimiento, que condujo a la invención de la brújula, fue posiblemente el primer uso práctico de un imán (aunque vale la pena señalar que algunos médicos medievales también creían que las piedras imán podían curar la calvicie y, además, servir como afrodisíaco).

En los siglos XVIII y XIX, los científicos descubrieron que una corriente eléctrica que circulaba por un cable imbuía ciertos metales con propiedades magnéticas. Los "electroimanes" resultantes encontraron un lugar en una variedad de aplicaciones industriales. Pero solo funcionaban cuando había energía, lo que limitaba su utilidad y estimuló la búsqueda de otros imanes "permanentes".

Los primeros avances en los imanes básicos de hierro llegaron con el desarrollo de aleaciones de acero formadas dentro de un campo magnético. Estas aleaciones tenían mucho más poder magnético que las piedras imanes ordinarias, medido por una unidad conocida como oersteds (llamada así por el científico danés Hans Christian Ørsted). Pero todavía no era suficiente para desempeñar un papel fiable en ningún tipo de motor eléctrico.

Japón tomó la delantera en 1918 y en la década de 1930 había desarrollado una nueva generación de imanes permanentes al fermentar el hierro ordinario con aluminio, níquel y cobalto, de ahí el nombre de imanes Alnico. Estos megaimanes golpeaban por encima de su peso, produciendo 400 oersteds en comparación con los 50 de una simple piedra imán. Luego vino el descubrimiento de que el recocido de estas aleaciones en un campo magnético multiplicaba aún más sus poderes.

El mundo ahora poseía imanes permanentes que podrían reemplazar a los electroimanes. En la era posterior a la Segunda Guerra Mundial, estos nuevos imanes encontraron rápidamente un papel cada vez más importante en todo, desde motores eléctricos hasta sensores, indicadores de combustible, micrófonos y otros dispositivos.

En 1958, un científico de materiales austriaco poco conocido llamado Karl J. Strnat llegó a los EE. UU. para ayudar a la Fuerza Aérea a desarrollar imanes aún más potentes para sus misiles y aviones de última generación. Strnat tenía experiencia en un grupo esotérico de elementos conocidos como tierras raras, 15 elementos que corren en una línea horizontal debajo de la tabla periódica central, comenzando con lantano y terminando con lutecio.

Si bien no eran particularmente raras, las tierras raras eran difíciles de procesar y purificar. Pero los nuevos métodos inspirados en el Proyecto Manhattan permitieron a los químicos extraer tierras raras individuales en cantidades considerables. Strnat y sus colegas se convencieron de que los elementos eran candidatos prometedores para una nueva generación de imanes. Desafortunadamente, los elementos comenzaron a perder sus poderes magnéticos cuando se acercaron a la temperatura ambiente, lo que limitó su utilidad.

Pero, ¿y si las tierras raras se combinaran con otro elemento como el cobalto? Ese descubrimiento, de "anisotropía magnetocristalina en compuestos intermetálicos de cobalto de tierras raras", se erige como uno de los mayores logros en la ciencia moderna de los materiales. Strnat y compañía habían encontrado una forma de fabricar imanes de tierras raras funcionales.

Si hubiera algo de justicia en el universo, habría estatuas de Strnat en Silicon Valley y otros centros de alta tecnología. En el espacio de unos pocos años, su laboratorio y otros motivados por el descubrimiento desarrollaron una gama de nuevos imanes de tierras raras. Algunos de estos, como SmCo5, una parte de samario y cinco partes de cobalto, registraron 25,000 oersteds.

En un artículo publicado en 1970, Strnat anticipó que sus imanes de tierras raras pronto se utilizarían en una gama de productos, desde "relojes de pulsera eléctricos" hasta tubos de microondas; motores y generadores eléctricos, incluso para "máquinas muy grandes". Subestimó su potencial.

El desarrollo de imanes de "neodimio" de tierras raras aún más potentes a principios de la década de 1980 abrió la puerta a más aplicaciones. Los imanes de tierras raras se volvieron omnipresentes en la electrónica, los sistemas de armas, los teléfonos celulares, las cámaras digitales, los discos duros y, por último, pero no menos importante, los motores que impulsan los autos eléctricos.

Pero había un problema. La extracción y purificación de tierras raras resultó ser un negocio desordenado, generando muchos desechos y contaminantes. Era mucho más fácil subcontratar la producción a China, hogar de algunos de los depósitos de tierras raras más ricos del mundo. Esto no fue un problema después del final de la Guerra Fría, cuando la globalización alcanzó niveles sin precedentes. Ahora las tensiones con China van en aumento, poniendo en peligro la confiabilidad de los suministros.

Parte de la solución radica en acelerar la producción de tierras raras aquí en los EE. UU. Pero si queremos disminuir nuestra dependencia de las tierras raras mientras producimos suficientes imanes para satisfacer la creciente demanda, necesitaremos una nueva ronda de innovación.

Ya está en marcha, al menos en teoría. Los compuestos de hierro y níquel, en particular la tetrataenita, son muy prometedores como materia prima para un nuevo imán del siglo XXI. Estudios recientes han subrayado el potencial. Lo único que falta es el elemento humano: un Karl J. Strnat de última hora que se dedique al desafío.

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Esta columna no refleja necesariamente la opinión del consejo editorial o de Bloomberg LP y sus propietarios.

Stephen Mihm, profesor de historia en la Universidad de Georgia, es coautor de "Crisis Economics: A Crash Course in the Future of Finance".

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