I ricercatori hanno scoperto una possibile nuova fonte di elementi delle terre rare, i rifiuti di rocce fosfatiche, e un modo ecologico per eliminarli, secondo uno studio pubblicato nel Giornale di Termodinamica Chimica .

L'approccio potrebbe avvantaggiare la tecnologia dell'energia pulita, secondo i ricercatori della Rutgers University-New Brunswick e altri membri del Critical Materials Institute, uno sforzo del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti volto a rafforzare le catene di approvvigionamento degli Stati Uniti per i materiali importanti per l'energia pulita.

Gli elementi delle terre rare come il neodimio e il disprosio sono essenziali per tecnologie come l'energia solare ed eolica e i veicoli avanzati, insieme all'elettronica moderna come gli smartphone. Ma una carenza di produzione di elementi delle terre rare negli Stati Uniti mette a rischio la nostra sicurezza energetica. La Cina produce circa il 90% di tutti questi elementi.

Recuperarli dal fosfogesso, i rifiuti della produzione di acido fosforico, è una potenziale soluzione. Ogni anno, circa 250 milioni di tonnellate di roccia fosfatica vengono estratte per produrre acido fosforico per fertilizzanti. Gli Stati Uniti hanno estratto circa 28 milioni di tonnellate nel 2017. Gli elementi delle terre rare ammontano generalmente a meno dello 0,1 percento nella roccia fosfatica. Ma in tutto il mondo, circa 100, 000 tonnellate di questi elementi all'anno finiscono nei rifiuti di fosfogesso. È quasi quanto i circa 126, 000 tonnellate di ossidi di terre rare prodotte in tutto il mondo ogni anno.

I metodi convenzionali per estrarre gli elementi delle terre rare dai minerali generano milioni di tonnellate di inquinanti tossici e acidi. Ma invece di usare prodotti chimici aggressivi per estrarre gli elementi, un altro metodo potrebbe utilizzare acidi organici prodotti da batteri, hanno detto Paul J. Antonick e Zhichao Hu, co-autori principali dello studio. Sono membri del team di termodinamica guidato dall'autore senior Richard E. Riman, un Distinguished Professor nel Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali della Rutgers' School of Engineering.

Il team di ricerca ha esplorato utilizzando acidi minerali e organici, compresa una miscela di bio-acidi, estrarre sei elementi delle terre rare (ittrio, cerio, neodimio, samario, europio e itterbio) da fosfogesso sintetico. Gli scienziati guidati da David Reed presso l'Idaho National Laboratory hanno prodotto la miscela di bio-acidi, costituita principalmente da acido gluconico, si trova naturalmente nella frutta e nel miele, coltivando i batteri Gluconobacter oxydans sul glucosio. I risultati suggeriscono che il bioacido ha svolto un lavoro migliore nell'estrazione di elementi delle terre rare rispetto all'acido gluconico puro allo stesso pH (2.1), o grado di acidità. Gli acidi minerali (solforico e fosforico) non sono riusciti a estrarre alcun elemento delle terre rare in quello scenario. Quando i quattro acidi sono stati testati alla stessa concentrazione, solo l'acido solforico era più efficace del bioacido.

Un passo successivo sarebbe quello di testare il bioacido sul fosfogesso industriale e altri rifiuti generati durante la produzione di acido fosforico che contengono anche elementi di terre rare. Per il loro studio iniziale, i ricercatori hanno valutato il fosfogesso prodotto in laboratorio, in modo che potessero facilmente controllarne la composizione. I campioni industriali sono più complessi.