Scienziati dell'Università di Oxford dimostrano come sia possibile estrarre direttamente metalli preziosi da fluidi salati caldi ("salamoie") intrappolati in rocce porose a profondità di circa 2 km sotto i vulcani dormienti. Propongono questo approccio radicale di estrazione verde per fornire metalli essenziali per un futuro netto zero:rame, oro, zinco, argento e litio, in modo sostenibile.

Il magma sotto i vulcani rilascia gas che salgono verso la superficie. Questi gas sono ricchi di metalli. Quando la pressione diminuisce, i gas si separano in vapore e salamoia. La maggior parte dei metalli disciolti nel gas magmatico originale si concentrano nella densa salamoia, che a sua volta rimane intrappolato nella roccia porosa. Il meno denso, e il vapore impoverito di metallo continua fino alla superficie, dove può formare fumarole, come quelli visti in molti vulcani attivi.

In un nuovo documento, pubblicato oggi in Scienza aperta , Scienziati di Oxford, con sede presso il Dipartimento di Scienze della Terra, rivelare come questo intrappolato, la salamoia sotterranea è un potenziale "minerale liquido" contenente una sfilza di metalli preziosi, compreso l'oro, rame e litio, che potrebbe essere sfruttato estraendo i fluidi in superficie tramite pozzi profondi.

I loro modelli mostrano che le salamoie contengono potenzialmente diversi milioni di tonnellate di rame. Il rame è un metallo chiave per effettuare il passaggio allo zero netto, per la sua importanza nella generazione e trasmissione di energia elettrica, e veicoli elettrici.

Professor Jon Blundy, con sede presso il Dipartimento di Scienze della Terra e autore principale, afferma che "Arrivare allo zero netto porrà una domanda senza precedenti sulle risorse di metallo naturale, domanda che il riciclaggio da solo non può soddisfare. Dobbiamo pensare al risparmio energetico, modi sostenibili per estrarre metalli dal suolo. I vulcani sono un obiettivo ovvio e onnipresente".

Il documento mostra anche come l'energia geotermica sarà un sottoprodotto significativo di un approccio di estrazione verde, il che significa che le operazioni alla testa del pozzo saranno a emissioni zero.

L'estrazione mineraria convenzionale estrae metalli, come il rame, da pozzi profondi o miniere sotterranee sotto forma di minerali solidi che devono poi essere frantumati e lavorati. Nel caso del rame oltre il 99% della roccia frantumata è costituito da rifiuti. Tali miniere hanno un impatto ambientale, molto costoso da costruire e smantellare, produrre enormi cumuli di detriti di scarto, e richiedono molta energia e CO ₂ -produrre.

La prospettiva di estrarre metalli in soluzione dai pozzi riduce il costo dell'estrazione mineraria e della lavorazione del minerale, plus sfrutta l'energia geotermica per guidare le operazioni. Ciò riduce notevolmente l'impatto ambientale della produzione di metallo.

Professor Blundy, afferma che "i vulcani attivi di tutto il mondo scaricano nell'atmosfera quantità prodigiose di metalli preziosi. Parte di questa dotazione di metalli non raggiunge la superficie, ma rimane intrappolato come fluido in rocce calde a circa 2 km di profondità. L'estrazione verde rappresenta un nuovo modo per estrarre sia i fluidi contenenti metalli che l'energia geotermica, in un modo che riduce drasticamente l'impatto ambientale dell'estrazione mineraria convenzionale."

La ricerca fa parte di uno sforzo internazionale (tra Regno Unito e Russia) che utilizza vulcanologia, modellazione idrodinamica, geochimica, geofisica ed esperimenti ad alta temperatura.

Il team ha lavorato su carotaggi da una serie di sistemi geotermici profondi (in Giappone, Italia, Montserrat, Indonesia, Messico) per confermare le loro previsioni di salamoie ricche di metalli.

Professor Blundy, che ora è finanziato da una cattedra di ricerca della Royal Society per lavorare sui vulcani e sulle miniere verdi, afferma che "l'estrazione verde è una sfida scientifica e ingegneristica che speriamo che scienziati e governi allo stesso modo accolgano nella spinta verso lo zero netto".

Gli scienziati affermano che le indagini geofisiche sui vulcani mostrano che quasi tutti i vulcani attivi e dormienti ospitano una "lente" potenzialmente sfruttabile di salamoia ricca di metalli. Ciò significa che l'esplorazione del metallo potrebbe non essere limitata a relativamente pochi paesi come lo è attualmente (Cile, NOI., Perù, Cina, RDC ecc.), a causa dell'ubiquità dei vulcani in tutto il mondo.

I rischi principali sono tecnologici. Il processo prevede la perforazione di roccia a 2 km di profondità ea temperature superiori a 450 °C. I fluidi estratti sono corrosivi, che pone limiti ai tipi di materiali di perforazione. I fluidi estratti tendono a scaricare il loro carico metallico nel pozzo, un problema noto come "ridimensionamento" (un po' come il calcare in un bollitore). La prevenzione della formazione di incrostazioni richiederà una riflessione complessa sulla dinamica del flusso del fluido e sul controllo della pressione-temperatura nel pozzo. La prevenzione della corrosione del pozzo richiederà sviluppi nella scienza dei materiali per creare rivestimenti resistivi.

Secondo il team di Oxford, molte di queste sfide sono già state affrontate attraverso profonde, progetti di perforazione geotermica a caldo. In alcuni casi questi progetti hanno raggiunto temperature superiori a 500 °C; occasionalmente sono entrati in piccole sacche di roccia fusa, per esempio in Islanda e Hawaii.

Garantire che i fluidi continuino a fluire nel pozzo una volta perforato è un problema complesso e la permeabilità e la porosità del calore, la roccia duttile è un campo impegnativo. Il team di Oxford ha già brevettato un'idea per l'estrazione di fluidi.

Dicono che il rischio di innescare eruzioni vulcaniche sia molto piccolo, ma deve essere valutato. Non hanno intenzione di perforare il magma stesso, ma nelle rocce calde sopra la camera magmatica, che riduce notevolmente il rischio di incontrare magma

Gli scienziati hanno trascorso gli ultimi cinque anni a "rischiare" il concetto, e sono ora pronti per perforare un pozzo esplorativo in un vulcano dormiente. Ciò chiarirà molti dei rischi e delle sfide descritte, e annuncerà un nuovo progresso nella nostra comprensione dei vulcani e della loro immensa quantità di energia e metalli.

Professor Blundy, dice che "continuando il lavoro di de-risking, che stiamo portando avanti su più fronti attraverso una collaborazione internazionale, è importante. Allo stesso modo, abbiamo bisogno di identificare il miglior vulcano di prova per perforare un pozzo esplorativo".

Dicono che una "miniera di salamoia" funzionante potrebbe essere tra cinque e quindici anni di distanza, a seconda di quanto bene possono essere affrontate le sfide.