Bioestrazione: utilizzare i batteri per estrarre i metalli preziosi

Tutti conosciamo i risvolti oscuri delle miniere di metalli, preziosi e non: inquinamento dell’aria, delle acque, utilizzo di elementi chimici pericolosi, sfruttamento della manodopera,... Una soluzione potrebbe arrivare dai batteri e dallo sviluppo delle biotecnologie per l’estrazione e la liscivazione dei metalli con il minimo impatto ambientale.

Biomining: come funziona la nuova strada per l’estrazione mineraria

Non più uomini che si inoltrano sottoterra o scavano i letti dei fiumi, ma scienziati che versano su cumuli di pietre una soluzione di acqua e acido solforico che contiene miliardi di batteri, archaea e funghi che ricavano energia scomponendo i metalli.

Le basi biochimiche per l’utilizzo di questi microorganismi sono state scoperte poco più di 70 anni fa e ad oggi il 20% del rame e il 5% dell’oro sono estratti in questo modo.

Il procedimento si attiva sui minerali contenenti ferro e zolfo legati ai metalli da estrarre (rame, oro, nickel, cobalto,…). La soluzione acquosa contenente i batteri acidofili (che vivono e prosperano in ambienti acidi) ossida ferro e zolfo: i due elementi si legano all’ossigeno aumentando l’acidità della soluzione in un ciclo continuo che separa il metallo dal minerale e lo dissolve in acqua. Sottoponendo a elettrolisi la soluzione ottenuta le particelle solide del metallo possono essere facilmente recuperate. Si tratta di un processo efficace e a zero impatto ambientale che non produce CO2.

Questa tecnica viene utilizzata soprattutto nei giacimenti ritenuti ormai troppo sfruttati perché le tecniche tradizionali siano effettivamente convenienti. Quando le concentrazioni di metalli sono troppo basse, ma ancora presenti e sfruttabili, come nelle miniere in disuso o da fonti difficili da raggiungere (rifiuti elettronici o detriti spaziali ad esempio), oggi la biominazione risulta la soluzione più efficace. Ma potrebbe essere la prassi in futuro?

Il biomining ha un unico difetto essenziale: al basso dispendio di energia e al basso impatto ambientale si contrappone una durata del processo estremamente lunga che richiede giorni e addirittura mesi per completarsi, a differenza dei pochi minuti o delle poche ore richiesti dalle tecniche di estrazione tradizionali.

Quali sono i punti di forza della biometallurgia?

La bioestrazione è l’unico metodo oggi conosciuto per estrarre metalli preziosi da minerali di bassa qualità. In tempi in cui le miniere si stanno esaurendo sono proprio questi giacimenti scarsi ad essere più preziosi. I giacimenti vicini alla superficie più ricchi sono ormai esauriti, mentre i batteri permetteranno di raggiungere depositi ad oggi irraggiungibili, siano essi a km sottoterra o nello spazio.

Per i depositi più in profondità sarebbe sufficiente pompare i batteri nel terreno per poi risucchiare il percolato e recuperare il metallo.

Ancora più interessante l’utilizzo dei microrganismi per il recupero di metalli preziosi e terre rare dai rifiuti elettronici. Oggi siamo in grado di riciclare meno del 40% dei rifiuti elettronici. Le legislazioni europee puntano ad un recupero sempre più ampio dei rifiuti elettronici, ma sono meno attente alla qualità dei rifiuti. Basti pensare che i vetri dei monitori vengono triturati, ma in questo modo si perdono metalli rari come ittrio, indio, gallio e oro che potrebbero essere recuperati con la biometallurgia.

I rifiuti Raee hanno concentrazioni di metalli preziosi addirittura superiori a quelle delle miniere ancora redditizie. Una tonnellata di rifiuti elettronici contiene tra i 20 e i 300 grammi d’oro e tra i 10 e i 200 grammi di palladio, contro 1 grammo presente in una tonnellata di minerale nel suolo. Questa è una ricchezza riciclata e riciclabile che non possiamo più permetterci di ignorare.

Oro e metalli preziosi dallo spazio alla Terra grazie al biomining

La biominazione potrà essere utilizzata anche su altri corpi celesti. Gli obiettivi sono ambiziosi. La Luna e Marte sono solo sogni in confronto alla possibilità realistica di sfruttare i metalli presenti su asteroidi e comete.

La NASA sta pianificando una missione verso Psyche per il 2022, uno degli asteroidi più grandi della fascia principale situata tra le orbite di Marte e Giove. L’esatta composizione di questa roccia spaziale ancora non è nota, ma si ritiene che sia costituita da ferro e nichel, come il nucleo metallico di un pianeta primordiale.

I ricercatori hanno già iniziato a mettere alla prova il biomining in condizioni di microgravità sulla Stazione Spaziale Internazionale dal 2019. Un’indagine, condotta nel 2019 ha esaminato come la microgravità influenza i processi dello Sphingomonas dessicabilis per estrarre terre rare  da rocce islandesi con una composizione simile alle rocce lunari e marziane. La microgravità non ha avuto effetti dannosi sulla biominazione. «I microbi sono stati in grado di biominare allo stesso modo in diverse condizioni di gravità. Abbiamo dimostrato con successo l’estrazione di elementi delle terre rare dal basalto, un costituente della superficie lunare e marziana», ha dichiarato Charles Cockell, ricercatore BioAsteroid e professore presso il Centre for Astrobiology del Regno Unito dell’Università di Edimburgo sulla rivista Nature nel 2020.

«I microbi sono molto bravi a fare queste cose, perché estraggono elementi da tre miliardi e mezzo di anni, molto prima che [sulla Terra] arrivassero gli esseri umani». Il passo successivo con BioAsteroid «è cercare di capire come i microbi interagiscono con il materiale degli asteroidi in condizioni di microgravità e se possono essere usati per accelerare o catalizzare la degradazione del materiale per rilasciare elementi utili».

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