No centro da transição energética está uma transição metálica. Parques eólicos, painéis solares e carros elétricos exigem muito mais cobre, zinco e níquel do que suas alternativas movidas a gás. Eles também exigem metais mais exóticos com propriedades únicas, conhecidos como elementos de terras raras, que são essenciais para os ímãs que entram em coisas como turbinas eólicas e motores EV.

Hoje, a China domina o processamento de elementos de terras raras, refinando cerca de 60 por cento desses materiais para o mundo. Com a demanda por tais materiais prevista para disparar, a administração Biden disse que a situação representa ameaças à segurança nacional e econômica.

Quantidades substanciais de metais de terras raras estão sem uso nos Estados Unidos e em muitas outras partes do mundo hoje. O problema é que eles estão misturados com vastas quantidades de resíduos tóxicos de mineração.

A Phoenix Tailings está ampliando um processo para coleta de materiais, incluindo metais de terras raras e níquel, de resíduos de mineração. A empresa usa água e solventes recicláveis para coletar metal oxidado, depois coloca o metal em uma mistura de sal fundido aquecido e aplica eletricidade.

A empresa, cofundada por ex-alunos do MIT, diz que sua unidade piloto de produção em Woburn, Massachusetts, é o único local no mundo que produz metais de terras raras sem subprodutos tóxicos ou emissões de carbono. O processo usa eletricidade, mas a Phoenix Tailings atualmente compensa isso com contratos de energia renovável.

A empresa espera produzir mais de 3.000 toneladas de metais até 2026, o que representaria cerca de 7% da produção total dos EUA no ano passado.

Agora, com o apoio do Departamento de Energia, a Phoenix Tailings está expandindo a lista de metais que pode produzir e acelerando os planos para construir uma segunda unidade de produção.

Para a equipe fundadora, incluindo os graduados do MIT Tomás Villalón '14 e Michelle Chao '14, juntamente com Nick Myers e Anthony Balladon, o trabalho tem implicações para a geopolítica e o planeta.

“Ser capaz de fazer seus próprios materiais domesticamente significa que você não está a mando de um monopólio estrangeiro”, diz Villalón. “Estamos focados em criar materiais críticos para a próxima geração de tecnologias. Mais amplamente, queremos obter esses materiais de maneiras que sejam sustentáveis a longo prazo.”

Villalón se interessou por química e ciência dos materiais após fazer o Curso 3.091 (Introdução à Química do Estado Sólido) durante seu primeiro ano no MIT. Em seu último ano, ele teve a chance de trabalhar na Boston Metal , outra spinoff do MIT que usa um processo eletroquímico para descarbonizar a siderurgia em escala. A experiência fez Villalón, que se formou em ciência e engenharia de materiais, pensar em criar processos metalúrgicos mais sustentáveis.

Mas foi preciso um encontro casual com Myers em um estudo bíblico em 2018 para que Villalón colocasse a ideia em prática.

“Estávamos discutindo alguns dos maiores problemas do mundo quando chegamos ao tópico da eletrificação”, lembra Villalón. “Tornou-se uma discussão sobre como os EUA obtêm seus materiais e como deveríamos pensar em eletrificar sua produção. Eu finalmente pensei: 'Estou trabalhando no espaço há uma década, vamos fazer algo a respeito.' Nick concordou, mas pensei que ele só queria se sentir bem consigo mesmo. Então, em julho, ele me ligou aleatoriamente e disse: 'Tenho [US$ 7.000]. Quando começamos?'”

Villalón trouxe Chao, seu antigo colega do MIT e colega de graduação em ciência de materiais e engenharia, e Myers trouxe Balladon, um antigo colega de trabalho, e os fundadores começaram a experimentar novos processos para produzir metais de terras raras.

Os fundadores também receberam orientação do Venture Mentoring Service (VMS) do MIT e passaram pelo programa I-Corps da US National Science Foundation. Sadoway atuou como consultor da empresa.

Depois de esboçar uma versão do projeto do sistema, os fundadores compraram uma quantidade experimental de resíduos de mineração, conhecidos como lodo vermelho, e montaram um reator protótipo no quintal de Villalón. Os fundadores acabaram com uma pequena quantidade de produto, mas tiveram que se esforçar para pegar emprestado o equipamento científico necessário para determinar o que era exatamente. Acabou sendo uma pequena quantidade de concentrado de terras raras junto com ferro puro.

Hoje, na refinaria da empresa em Woburn, a Phoenix Tailings coloca resíduos de mineração ricos em metais de terras raras em sua mistura e os aquece a cerca de 1.300 graus Fahrenheit. Quando aplica uma corrente elétrica à mistura, o metal puro se acumula em um eletrodo. O processo deixa resíduos mínimos para trás.

“A chave para tudo isso não é apenas a química, mas como tudo está interligado, porque com terras raras, você tem que atingir purezas realmente altas em comparação com um metal produzido convencionalmente”, explica Villalón. “Como resultado, você tem que pensar sobre a pureza do seu material durante todo o processo.”

Villalón diz que o processo é econômico em comparação aos métodos de produção convencionais, não produz subprodutos tóxicos e é completamente livre de carbono quando fontes de energia renováveis são usadas para eletricidade.

A instalação de Woburn está atualmente produzindo vários elementos de terras raras para clientes, incluindo neodímio e disprósio, que são importantes em ímãs.  Os clientes estão usando os materiais para coisas como turbinas eólicas, carros elétricos e aplicações de defesa.

A empresa também recebeu duas bolsas com o programa ARPA-E do Departamento de Energia dos EUA, totalizando mais de US$ 2 milhões. Sua bolsa de 2023 apoia o desenvolvimento de um sistema para extrair níquel e magnésio de resíduos de mineração por meio de um processo que usa carbonização e dióxido de carbono reciclado. Tanto o níquel quanto o magnésio são materiais essenciais para aplicações de energia limpa, como baterias.

A mais recente doação ajudará a empresa a adaptar seu processo para produzir ferro a partir de resíduos de mineração sem emissões ou subprodutos tóxicos. A Phoenix Tailings diz que seu processo é compatível com uma ampla gama de tipos de minério e materiais residuais, e a empresa tem bastante material para trabalhar: Mineração e processamento de minérios geram cerca de 1,8 bilhão de toneladas de resíduos nos EUA a cada ano.

“Queremos levar nosso conhecimento do processamento de metais de terras raras e lentamente movê-lo para outros segmentos”, explica Villalón. “Simplesmente temos que refinar alguns desses materiais aqui. Não tem como não conseguirmos. Então, como isso se parece de uma perspectiva regulatória? Como criamos abordagens que sejam econômicas e ambientalmente compatíveis não apenas agora, mas daqui a 30 anos?”