Proprio nel giorno del 13° compleanno di Fabbrica Ambiente andiamo alla scoperta di una tra le azioni ecologiche più importanti: affrontare la transizione ecologica in modo davvero sostenibile, grazie alla possibilità di estrarre i metalli rari in modo naturale.
Di fronte alle grandi sfide ambientali e climatiche del presente e del futuro, non dobbiamo mai dimenticare che anche la cosiddetta “transizione ecologica” presenta dei problemi.
Anzi, il rischio è che si presentino problemi persino superiori a quelli che dobbiamo già affrontare oggi, qualora prevalesse la tendenza che considera la transizione come la soluzione a tutti i mali.
Non è così: per essere realmente “ecologica”, la transizione deve prevedere e risolvere prima che si verifichino tutti (o quasi) i problemi che ad essa sono in qualche modo correlati. L’estrazione dei mtalli rari è proprio una delle situazioni “critiche” da affrontare.
Nel passato, abbiamo già avuto modo di affrontare gli effetti collaterali della transizione legati all’estrazione di queste preziose risorse: ebbene, è arrivato il momento di trovare alternative naturali in grado di trasformare l’industria in senso molto più “sostenibile”.
Grazie ad alcune piante, in particolare due tipi di salice, è possibile estrarre questi metalli nel pieno rispetto della natura, incidendo di conseguenza anche su un altro aspetto di grande importanza, che riguarda il destino delle piante dopo la cattura dei metalli.
Andiamo dunque a scoprire questa opportunità, che rende la transizione molto più sostenibile eproduce vantaggi sia ambientali che economici.
Estrarre i Metalli Rari: Una Sfida Ecologica e Industriale
Si chiamano “metalli rari”, ma sono presenti in buone quantità nella crosta terrestre, sia nel suolo che nelle acque.
La loro importanza è andata aumentando perché sono sempre più essenziali nella costruzione delle “nuove tecnologie” che accompagnano la transizione ecologica, sebbene questo fatto non sia esente da problemi.
Si tratta prima di tutto di questioni ambientali, perché l’estrazione dei mtalli rari comunque ha un impatto più o meno esteso, ma anche economiche.
Infatti, il comparto industriale tecnologico sta progressivamente trovando difficoltà a reperire quantità adeguate di questi metalli, per soddisfare la crescente domanda.
Al tempo stesso, la necessità di estrarre in modo “sostenibile” queste preziose risorse pone nuovamente l’annosa questione di una potenziale contrapposizione tra ragioni della natura e ragioni dello sviluppo.
Scegliere Nuove Strade per l’Estrazione dei Metalli Rari
In generale, il recupero e l’utilizzo delle risorse dipende da alcuni fattori cruciali, come la quantità, la concentrazione di materiali di valore, le caratteristiche del minerale di partenza e anche (talvolta soprattutto) la capacità di riprocessare ed eventualmente di riciclare le risorse.
Fino ad oggi, le metodologie più utilizzate per portare i metalli rari alle varie industrie sono state l’escavazione, il movimento terra, la separazione fisica e l’estrazione chimica con diversi tipi di solventi.
Queste procedure non sono soltanto rischiose per il territorio nel quale avvengono, ma rappresentano anche un problema di costi legati all’approvvigionamento delle materie prime.
Questa è la principale ragione (persino superiore a quella ambientale) per cui da qualche tempo si stanno studiando e applicando diverse alternative per l’estrazione dei metalli rari.
Si tratta di alternative ecologiche, magari meno “attraenti” sul piano industriale nel breve termi, ma molto interessanti in prospettiva, anche per ciò che riguarda gli aspetti prettamente economici.
Le Nuove Sorgenti da cui Estrarre I Metalli
Le acque reflue sia municipali che industriali possono diventare una importante sorgente di metalli rari da estrarre: ci sono numerosi studi che hanno rilevato la presenza di diversi tipi di metalli rari in queste matrici ambientali.
Inoltre, le attività di estrazione mineraria, non soltanto di terre rare, sono una sorgente potenziale molto importante, in grado di compromettere sia il suolo che l’acqua, così potendo estendere anche di molto la contaminazione.
Tale contaminazione può raggiungere facilmente zone agricole, danneggiando i raccolti, oppure porre minacce dirette alla fauna e alla flora, senza contare il rischio di ingresso nella catena alimentare.
Questo è il motivo per cui diventa obbligatorio (indipendentemente dal fatto che lo dica la legge oppure no) recuperare il territorio dopo le attività estrattive, attraverso un ripristino della natura che garantisca due importanti obiettivi.
Il primo, quello della rimozione dei metalli residui (questo vale per tutti i metalli, non solo per quelli rari).
Il secondo, quello di una nuova destinazione d’uso dell’area interessata in precedenza dalle attività estrattive.
Le Piante in Soccorso di una Estrazione Ecologica
Nel percorso di Fabbrica Ambiente, abbiamo incontrato innumerevoli specie vegetali in grado di assorbire l’inquinamento, sia dal suolo che dalle acque.
Questa è la base di partenza, ma non basta per soddisfare il requisito industriale nel caso delle terre rare. In questo caso, infatti, più che mai è importante la possibilità di recuperare metalli rari da poter re-indirizzare all’industria in modo conveniente.
Si chiama “phytomining“, vale a dire la metodologia secondo cui si utilizzano alcune piante particolarmente affini ai metalli per assorbirne una grande quantità. Basti pensare ai numerosi progetti che sono stati realizzati con la pianta di Alyssum per cercare di recuperare la maggior parte del nickel depositato a seguito di inquinamento persistente.
La cosa interessante non è soltanto la possibilità di assorbire i metalli, ma quella di poter “selezionare” elementi naturali particolarmente abili nell’estrazione di uno o più metalli.
Nel caso di oggi, scopriremo come diversi tipi di salice, variamente combinati tra loro, siano risultati particolarmente utili per estrarre dal suolo e successivamente rimettere in commercio buone quantità di metalli rari.
Il Salice Come Soluzione Ecologica per una Nuova Modalità di Estrazione
Parlando in generale, il salice è un ottimo accumulatore di metalli. Le sue proprietà in questo senso sono note da tempo e non si limitano ai metalli, perché includono anche i nutrienti e svariate tipologie di altri inquinanti.
L’aspetto interessante del salice è poi quello di poter produrre un significativa biomassa, proprio in presenza di terreni inquinanti, il che lo rende un ottimo candidato potenziale per la produzione di energia.
Tutto ciò, unitamente alla capacità del salice di crescere velocemente, di adattarsi a nuove zone dopo essere stato trapiantato, alla sua traspirazione efficiente e alla sua grande capacità di assorbire nutrienti, ha fatto pensare alla possibilità di usarlo per estrarre i metalli rari in modo naturale.
Le radici del salice sono un apparato ideale per assorbire, degradare e/o detossificare gli inquinanti presenti al suolo e i metalli rari sono candidati ideali per sfruttare le capacità di questa pianta.
Senza contare che la piantumazione dei salici ha ottimi effetti sul piano della rivegetazione di aree in precedenza degradate, che è decisamente il caso delle aree ex-minerarie.
Un Approccio Pionieristico per Aprire una Strada Nuova
Fino ad oggi, l’attenzione è stata rivolta molto maggiormente alle piante erbacee e non a quelle legnose, per cui abbiamo a disposizione una letteratura scientifica lacunosa, quando si tratta di conoscere il comportamento delle piante legnose nei confronti dell’assorbimento dei metalli rari.
Un altro aspetto di cui tenere conto riguarda anche il fatto che ad oggi poco si conosce in materia di assorbimento dei metalli rari da parte di piante che hanno un periodo di rotazione veloce.
Pertanto, gli studiosi che hanno approfondito il ruolo del salice per l’estrazione dei metalli rari, hanno messo le basi per qualcosa di pionieristico, tanto per i riflessi ambientali, quanto per quelli industriali.
In particolare, si sono studiati i seguenti tipi di salice: il Salix myrsinifolia (anche detto Salice annerente), il Salix schwerinii, il Salix viminalis, il Salix dasyclados e il Salix burjatica), assortiti in vari modi tra loro.
L’assorbimento dei metalli rari da parte di questi tipi di salice è avvenuto in condizioni di coltivazione idroponica (in assenza di suolo), irrigandoli con acqua reflua contaminata da svariati metalli rari.
L’Effetto dei Metalli Rari Sulle Piante di Salice
Una volta che le piante di salice si trovano in presenza di metalli rari, queste rispondono in modo “positivo”, vale a dire che si nota una crescita maggiore.
Questo è avvenuto, nello specifico, tanto in presenza di un solo metallo raro (lantanio), quanto in presenza di una miscela di diversi metalli rari.
Tale comportamento è in accordo con quello osservato in numerosi studi, tuttavia esistono altre pubblicazioni che contrastano con queanto osservato nello specifico in questo caso.
Varie possono essere le ragioni: resta il fatto che nel caso di queste specie di salice l’estrazione dei mtalli rari può essere molto soddisfacente.
I metalli tendono ad accumularsi nelle radici, più che nelle parti alte della pianta, il che rappresenta una grande opportunità ambientale. Infatti, queste specie di salice possono essere molto utili nella decontaminazione delle acque contaminate per limitare il percolamento dei metalli e dunque agire come “fitostabilizzatori” degli inquinanti al suolo.
Il risultato si può ottenere già in 4 settimane dopo la piantumazione.
Come Avviene l’Assorbimento dei Metalli Rari da Parte dei Vari Tipi di Salice
Senza entrare eccessivamente nel dettaglio, è interessante scoprire come i metalli rari vengono assorbiti da parte dei vari tipi di salice.
Prima di tutto, una considerazione generale: l’assorbimento migliore si ottiene con la combinazione di alcune specie tra loro, più che con l’utilizzo di una soltanto.
Nell’ambito di questo pionieristico progetto, infatti, ci sono due “cultivar” da considerare.
Il primo, chiamato “Klara”, è composto da Salix viminalis, Salix schwerinii e Salix dasyclados.
Il secondo, chiamato “Klarin”, è composto da Salix schwerinii, Salix viminalis e Salix burjatica.
Secondo quanto osservato, l’assorbimento massimo (in presenza di un mix di svariati metalli rari) si ottiene applicando le combinazioni Klarin e Klara: in particolare, la combinazione Klara risulta più efficace nell’assorbimento a livello delle radici dei salici, mentre la Klarin presenta una maggiore concentrazione a livello delle altre parti della pianta.
Pertanto, in presenza di una contaminazione multipla da metalli rari, qualora si volesse stabilizzare il suolo, la variante Klara appare generalmente più adatta. In caso si preferisse l’estrazione dei metalli rari dalle parti più alte della pianta, la Klarin potrebbe meglio servire lo scopo.
Le Caratteristiche dell’Assorbimento del Lantanio
Per quanto riguarda i valori, indipendentemente dalle caratteristiche dell’inquinamento di partenza, la variante Klara non ha mai mostrato segni di sofferenza.
Le specie di salice presenti in questa combinazione hanno raggiunto e superato i 170 cm di altezza ed hanno mostrato la massima biomassa.
Per quanto riguarda gli specifici tipi di salice, il Salix schwerinii ha dimostrato il massimo assorbimento di lantanio a livello delle foglie (12.40 microgrammi/g), anche quando questo metallo è presente in combinazione con altri.
Le altre parti alte della pianta hanno dimostrato a loro volta di accumulare bene il lantanio, mentre la combinazione Klara è risultata essere la “migliore” in presenza di solo lantanio, raggiungendo un assorbimento nelle radici pari a oltre 10500 microgrammi/g.
Anche la variante Klarin assorbe bene a livello delle radici, ma le piante della Klara crescono di più e quindi l’effetto di assorbimento risulta superiore.
Le Caratteristiche dell’Assorbimento degli Altri Metalli Rari
Tutte le combinazioni (incluse le piante di salice testate singolarmente) hanno dimostrato efficacia anche in presenza di altri metalli rari, oltre al lantanio.
Questa soluzione nel suo complesso è utile in casi di co-contaminazione da lantanio, ittrio, neodimio, cerio, terbio e disprosio (tutti elementi importantissimi per la transizione ecologica, ad es. per la motorizzazione elettrica).
Le piante di salice hanno dimostrato di assorbire questi metalli a buoni livelli quando la contaminazione è di bassa o media entità, caso che di frequente si verifica in molte acque reflue.
Pertanto, sulla base delle risultanze, gli studiosi propongono di utilizzare il salice in coltivazione idroponica per depurare e soprattutto recuperare i metalli rari dalle acque reflue industriali (ed anche domestiche), oltre alle zone minerarie.
Estrarre i Metalli Rari dalle Piante di Salice
Questo è un passaggio molto delicato. Infatti, dopo aver assorbito dall’acqua o dal suolo i metalli rari, questi devono essere in qualche modo resi disponibili per un nuovo uso.
Il modo per recuperarli efficacemente anche dal punto di vista economico è cruciale e può segnare un punto di svolta tra le pratiche fino ad oggi considerate non sostenibili e la transizione ecologica “vera”.
Il modo più efficace per recuperare i metalli rari dalle piante di salice è la combustione delle biomasse, a fine vita.
Tale combustione puà essere effettuata a temperatura di 800 o 1000°C, pur se i migliori risultati in termini di recupero si hanno con la temperatura di 1000°C.
In sintesi, sono due i fenomeni da considerare in questo passaggio: la ritenzione e la concentrazione.
La Ritenzione dei Metalli Rari nelle Biomasse Combuste del Salice
Una volta terminato il loro ciclo di assorbimento, le piante sono raccolte e destinate alla combustione, proprio perché è stata dimostrata l’ottima capacità di ritenzione dei metalli rari durante il processo.
Lo studio cui stiamo facendo riferimento è stato pionieristico proprio in questo, perché fino ad allora (Dicembre 2021) non c’era un riferimento simile in letteratura. Poche piante, tra cui l’Alyssum (dopo l’estrazione del nickel), erano state considerate in modo simile.
Per quanto riguarda la ritenzione dei metalli rari nelle ceneri delle piante di salice combuste, il valore non scende sotto l’80%. Questo vuol dire che ci si può aspettare di perdere, durante la combustione, non più del 20% dei metalli rari in precedenza estratti dalle piante.
Tale informazione è molto preziosa, perché consente di effettuare stime accurate e proiezioni anche sul potenziale economico delle risorse che saranno successivamente recuperate.
La Concentrazione dei Metalli Rari nelle Biomasse Combuste del Salice
Altro parametro interessante è la concentrazione di questi metalli nelle ceneri risultanti dalla combusione.
L’ittrio è il metallo meno concentrato, ma comunque arriva a rappresentare quasi l’1% del totale delle ceneri.
Va meglio per gli altri metalli rari, come il disprosio, che supera l’1,6%, oppure anche il cerio, che raggiunge l’1,6%. Poco sotto si classificano il neodimio, il terbio e il lantanio (rispettivamente, 1,5%, 1,2% e 1% circa).
L’effetto della combustione è decisivo per ottenere buoni valori di concentrazione: si potrebbe infatti fare ricorso anche alla fermentazione anaerobica, per ridurre l’impatto ambientale, tuttavia la biomassa si ridurrebbe meno e la concentrazione sarebbe molto inferiore.
In questo senso, un impianto di “incenerimento” potrebbe essere visto come un impianto di “termoconcentrazione” utile per la valorizzazione economica dei metalli rari.
La Presenza di Nutrienti in Appoggio all’Estrazione dei Metalli Rari
C’è un altro fatto da tenere presente, quando si ricorre a questa soluzione per estrarre i metalli rari da destinare ad una nuova valorizzazione ambientale ed industriale.
Si tratta della presenza variabile di altri metalli, non rari, al termine del processo di combustione con temperatura di 1000°C.
In particolare, le ceneri presentano quasi il 10% di fosforo, oltre il 20% di potassio e quasi l’8% di calcio, sul totale della loro composizione.
Per quanto riguarda il potassio, la quantità totale risulta maggiore quando le biomasse del salice sono combuste a temperature di 800°C, pur se complessivamente è più utile considerare la temperatura di 1000°C come quella “migliore” per la valorizzazione economica dei metalli rari estratti.
La combustione non è priva di problemi ed è necessario attuare un piano di protezione naturale del territorio per le emissioni potenziali (cosa che va comunque sempre effettuata in presenza di qualsivoglia attività umana).
Resta il fatto che una migliore valorizzazione anche economica dei metalli rari può contribuire ad un bilanciamento corretto dei problemi derivati dalle operazione per estrarre i metalli rari dalle biomasse che li hanno assorbiti dall’acqua e/o dal suolo.
Conclusioni
Estrarre i metalli rari in modo naturale è possibile e conveniente, tanto per il territorio quanto per l’industria.
Questa l’estrema sintesi di quanto scoperto oggi nel nostro percorso vero un pianeta in cui le risorse naturali diventano una soluzione a molti problemi del presente e del futuro.
Un aspetto sul quale riflettere ancora una volta è la possibilità di variare le combinazioni di piante che, sebbene della stessa specie, agiscono con efficacia diversa.
E’ dunque possibile selezionare a priori gli elementi naturali che meglio servono allo scopo, anche in ottica della valorizzazione economica dei metalli estratti.
Questa strategia basata sulle piante di salice nasconde inoltre un grande beneficio anche per il filone dell’incenerimento dei rifiuti. Questi impianti diventano veri e propri “termoconcentratori” in grado di rendere economicamente convenienti le risorse concentrate.
Senza dimenticare che in presenza di questi impianti rimane necessario costruire un piano per la protezione naturale del territorio, la conversione degli inceneritori in strumenti per valorizzare economicamente risorse come i metalli rari è un aspetto cruciale della transizione ecologica.
Una dimostrazione di come natura, tecnologia e persino il “vecchio modello” di smaltimento dei rifiuti possono adattarsi in chiave ecologica ed economicamente vantaggiosa.
Il salice ci insegna molto, con la sua efficacia e versatilità: un alleato preziosissimo per affrontare il futuro nel modo giusto e al riparo dal greenwashing.
