Il biomining è il tipo di tecnica promessa dalla fantascienza:un vasto serbatoio pieno di microrganismi che lisciviano il metallo dal minerale, vecchi telefoni cellulari e dischi rigidi.

Sembra futuristico, ma è attualmente utilizzato per produrre circa il 5% dell'oro mondiale e il 20% del rame mondiale. Viene anche usato in misura minore per estrarre il nichel, zinco, cobalto e terre rare. Ma forse il potenziale più eccitante è estrarre gli elementi delle terre rare, che sono cruciali in tutto, dai telefoni cellulari alla tecnologia delle energie rinnovabili.

La miniera di Mary Kathleen, una miniera di uranio esaurita nel Queensland nordoccidentale, contiene circa 4 miliardi di dollari australiani in elementi di terre rare. Il biomining offre un'opzione economica e rispettosa dell'ambiente per estrarlo.

La bioestrazione è così versatile che può essere utilizzata su altri corpi planetari. Gli studi di bioleaching sulla stazione spaziale internazionale hanno dimostrato che i microrganismi provenienti da ambienti estremi sulla Terra possono lisciviare una grande varietà di importanti minerali e metalli dalle rocce se esposti al freddo, calore, radiazione e vuoto dello spazio.

Alcuni scienziati credono addirittura che non possiamo colonizzare altri pianeti senza l'aiuto delle tecnologie di bioestrazione.

Come funziona?

Il biomining avviene all'interno di grandi, Chiuso, reattori ad agitazione (bioreattori). Questi dispositivi generalmente contengono acqua, microrganismi (batteri, Archea, o funghi), materiale minerale, e una fonte di energia per i microbi.

La fonte di energia richiesta dipende dal microbo specifico necessario per il lavoro. Per esempio, oro e rame sono biologicamente "dilavati" da minerali solforici utilizzando microrganismi che possono trarre energia da fonti inorganiche, attraverso l'ossidazione di zolfo e ferro.

Però, gli elementi delle terre rare sono bioleached da minerali non solfuri utilizzando microrganismi che richiedono una fonte di carbonio organico, perché questi minerali non contengono una fonte di energia utilizzabile. In questo caso, gli zuccheri vengono aggiunti per consentire ai microbi di crescere.

Tutti gli organismi viventi hanno bisogno di metalli per svolgere le reazioni enzimatiche di base. Gli esseri umani ottengono i loro metalli dalle concentrazioni di tracce nel loro cibo. microbi, però, ottenere metalli dissolvendoli dai minerali nel loro ambiente. Lo fanno producendo acidi organici e composti leganti i metalli. Gli scienziati sfruttano queste caratteristiche mescolando i microbi in soluzione con i minerali e raccogliendo il metallo mentre galleggia verso l'alto.

La temperatura, zuccheri, la velocità con cui il serbatoio viene agitato, acidità, i livelli di anidride carbonica e ossigeno devono essere tutti monitorati e messi a punto per fornire condizioni di lavoro ottimali

I vantaggi del biomining

I metodi di estrazione tradizionali richiedono prodotti chimici aggressivi, molta energia e producono molti inquinanti. In contrasto, la bioestrazione utilizza poca energia e produce pochi sottoprodotti microbici come acidi organici e gas.

Perché è economico e semplice, la bioestrazione può sfruttare efficacemente fonti di metalli di bassa qualità (come i residui di miniera) che altrimenti sarebbero antieconomiche utilizzando i metodi tradizionali.

Paesi si stanno rivolgendo sempre più al biomining come Finlandia, Cile e Uganda. Il Cile ha esaurito gran parte dei suoi minerali ricchi di rame e ora utilizza la bioestrazione, mentre l'Uganda estrae cobalto dai residui delle miniere di rame da oltre un decennio.

Perché abbiamo bisogno degli elementi delle terre rare?

Gli elementi delle terre rare includono il gruppo di 15 lantanidi vicino al fondo della tavola periodica, più scandio e ittrio. Sono ampiamente utilizzati in quasi tutta l'elettronica e sono sempre più ricercati dalle industrie dei veicoli elettrici e delle energie rinnovabili.

Le proprietà atomiche uniche di questi elementi li rendono utili come magneti e fosfori. Sono usati come potenti magneti leggeri nei veicoli elettrici, turbine eoliche, dischi rigidi, apparecchiature mediche e come fosfori nell'illuminazione ad efficienza energetica e nei LED dei telefoni cellulari, televisori e computer portatili.

Nonostante il loro nome, gli elementi delle terre rare non sono rari e alcuni sono infatti più abbondanti del rame, nichel e piombo nella crosta terrestre. Però, a differenza di questi metalli primari che formano i minerali (un minerale o una roccia naturale da cui può essere facilmente estratta una sostanza utile), gli elementi delle terre rare sono ampiamente dispersi. Quindi per essere economicamente fattibili vengono generalmente estratti come prodotti secondari accanto a metalli primari come ferro e rame.

Oltre il 90% degli elementi delle terre rare del mondo proviene dalla Cina, dove la produzione è monopolizzata, restrizioni commerciali e attività minerarie illegali hanno causato notevoli fluttuazioni dei prezzi nel corso degli anni.

Rapporti del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, Unione europea, e la commissione di intelligence degli Stati Uniti ha etichettato diversi elementi delle terre rare come materiali critici, in base alla loro importanza per l'energia pulita, alto rischio di approvvigionamento, e mancanza di sostituti.

Questi rapporti incoraggiano la ricerca e lo sviluppo di metodi di estrazione alternativi come la bioestrazione come potenziale strategia di mitigazione.

Ascoltando queste chiamate, laboratori a Curtin, e le università di Berkeley hanno utilizzato i microrganismi per dissolvere i comuni minerali contenenti elementi di terre rare. Questi studi su scala pilota hanno mostrato risultati promettenti, con tassi di estrazione sempre più vicini a quelli dei metodi di estrazione convenzionali.

Poiché la maggior parte dei dispositivi elettronici ha una durata di vita notoriamente breve e una scarsa riciclabilità, i laboratori stanno sperimentando il biomining "urbano". Per esempio, gli studi di bioleaching hanno avuto successo nell'estrazione di elementi di terre rare dalla polvere di fosforo che riveste i globi fluorescenti, e l'uso di microrganismi per riciclare elementi di terre rare da rifiuti elettronici come i magneti del disco rigido.

Gli elementi delle terre rare sono fondamentali per il futuro della nostra tecnologia. Il biomining offre un modo per ottenere queste preziose risorse in un modo che sia sostenibile dal punto di vista ambientale ed economicamente fattibile.

Questo articolo è stato originariamente pubblicato su The Conversation. Leggi l'articolo originale.