Molti materiali critici hanno proprietà uniche che li rendono importanti per le tecnologie avanzate. Ad esempio, alcuni sono utilizzati per creare magneti molto forti e compatti, altri accelerano le reazioni chimiche e alcuni convertono in modo efficiente l’elettricità in luce. Tutti i materiali critici identificati dal DOE sono elementi naturali, nessuno di essi è stato creato in laboratorio. Quasi tutti questi elementi provengono da stelle e supernove, e solo piccole quantità sono create attraverso il decadimento radioattivo e altri mezzi. Ciò significa che la fornitura sulla Terra è tutto ciò che abbiamo per ora.
Il gallio, raffigurato sopra, è uno di questi materiali critici. Il gallio è utilizzato per la produzione di una gamma di dispositivi elettronici. È comunemente utilizzato nelle lampadine a LED, nei chip di comunicazione degli smartphone e negli alimentatori ad alta efficienza. Poiché è raro, il gallio non viene estratto direttamente ma viene prodotto come sottoprodotto della produzione di alluminio. La Cina rappresenta oltre il 90% della produzione mondiale di gallio e nel 2023 ha annunciato severe restrizioni all’esportazione di questo elemento critico.
I materiali critici includono tutti tranne uno dei 17 metalli delle terre rare. Questi metalli argentati sono chimicamente simili. Sono chiamati “rari” in parte perché tendono a verificarsi insieme e sono difficili da separare da altri materiali. I progetti di ricerca supportati dall’Ufficio Scienza del DOE potrebbero ridurre il costo del riciclaggio dei materiali critici. Anche l’Unione Europea è preoccupata per i materiali critici.
I materiali critici sono essenziali per la tecnologia dell’energia pulita, che va dai pannelli solari e dalle turbine eoliche ai caricabatterie per veicoli elettrici e alle batterie. Questi usi sono il motivo per cui il DOE è strettamente coinvolto con i materiali critici. In base alla Legge sull’infrastruttura bipartisan e alla Legge sulla riduzione dell’inflazione, il DOE supervisiona diversi programmi chiave per affrontare le preoccupazioni sui materiali critici. L’Ufficio del DOE per le catene di approvvigionamento di produzione ed energia (MESC) sta guidando il lavoro in tre aree di finanziamento: i finanziamenti per la produzione e il riciclaggio delle batterie, i finanziamenti per l’elaborazione dei materiali delle batterie e il programma di credito fiscale 48C. MESC e l’Ufficio del DOE per l’energia fossile e la gestione del carbonio (FECM) stanno guidando il lavoro sulla struttura dimostrativa degli elementi delle terre rare. FECM sta anche abilitando la produzione e l’elaborazione di elementi delle terre rare e altri materiali critici da rifiuti minerari e industriali e altre fonti non convenzionali. Il DOE ha anche creato il Critical Materials Innovation Hub (CMI Hub). L’Hub è guidato dal Laboratorio Nazionale di Ames e gestito dall’Ufficio del DOE per le tecnologie avanzate dei materiali e della produzione. Il CMI sta conducendo ricerche applicate per avanzare le tecnologie che possono sbloccare nuove fonti di materiali critici, sostituti per questi materiali e modi per utilizzare meglio il materiale esistente attraverso il riutilizzo e il riciclaggio. Il CMI studia anche nuovi modi per abilitare la scienza, sostenere l’ambiente e analizzare la catena di approvvigionamento e l’economia dei materiali critici.