I depositi di minerali critici designati necessari per la transizione dei sistemi energetici mondiali dai combustibili fossili potrebbero, ironicamente, essere co-localizzati con depositi di carbone che sono stati estratti per produrre il combustibile fossile maggiormente implicato nel cambiamento climatico.
Ora, una ricerca condotta dall’Università dello Utah ha documentato elevate concentrazioni di un sottoinsieme chiave di minerali critici, noti come elementi delle terre rare, o REE, nelle miniere attive che circondano la cintura carbonifera di Uinta del Colorado e dello Utah. Il lavoro è pubblicato sulla rivista Frontiers in Earth Science .
Questi risultati aprono la possibilità che queste miniere possano vedere un flusso di risorse secondarie sotto forma di metalli utilizzati nelle energie rinnovabili e in numerose altre applicazioni high-tech, secondo la coautrice dello studio Lauren Birgenheier, professoressa associata di geologia e geofisica.
"Il modello è che se stai già spostando la roccia, potresti spostare un po' più di roccia per ottenere risorse verso la transizione energetica?" Birgenheier ha detto. "In quelle aree, stiamo scoprendo che gli elementi delle terre rare sono concentrati in unità di scisto a grana fine, gli scisti fangosi che si trovano sopra e sotto i giacimenti di carbone."
Questa ricerca è stata condotta in collaborazione con lo Utah Geological Survey e il Colorado Geological Survey come parte del progetto Carbon Ore, Rare Earth and Critical Minerals o CORE-CM.
Sebbene questi metalli siano cruciali per la produzione statunitense, soprattutto nelle tecnologie di fascia alta, provengono in gran parte dall'estero.
"Quando li parliamo come di 'minerali critici', gran parte della criticità è legata alla catena di approvvigionamento e alla lavorazione", ha affermato Michael Free, professore di ingegneria metallurgica. "Questo progetto è stato concepito cercando alcune fonti domestiche alternative e non convenzionali per questi materiali."
L'associazione tra carbone e depositi di REE è stata ben documentata altrove, ma in precedenza erano stati raccolti o analizzati pochi dati nei giacimenti di carbone dello Utah e del Colorado.
"L'obiettivo di questa fase uno del progetto era quello di raccogliere dati aggiuntivi per cercare di capire se valeva la pena perseguire questo obiettivo in Occidente", ha affermato il coautore dello studio Michael Vanden Berg, responsabile del programma energetico e minerali presso lo Utah Geological Survey. "Esiste un arricchimento di elementi di terre rare in queste rocce che potrebbe fornire una sorta di sottoprodotto o valore aggiunto all'industria mineraria del carbone?"
I ricercatori hanno analizzato 3.500 campioni provenienti da 10 miniere, quattro cumuli di rifiuti minerari, sette nuclei stratigraficamente completi e persino alcuni cumuli di ceneri di carbone vicino a centrali elettriche.
"Il carbone stesso non è arricchito di elementi di terre rare", ha detto Vanden Berg. "Non ci sarà un sottoprodotto derivante dall'estrazione del carbone, ma per un'azienda che estrae il giacimento di carbone, potrebbe prendere un paio di piedi del pavimento allo stesso tempo? Potrebbero prendere un paio di piedi del soffitto? Potrebbe esserci un potenziale lì? Questa è la direzione in cui ci hanno portato i dati."
Il team ha utilizzato due diversi metodi per registrare i livelli di terre rare, espressi in parti per milione, o ppm, nei campioni. Uno era un dispositivo portatile per letture rapide sul campo, l'altro utilizzava la spettrometria di massa al plasma accoppiato induttivamente, o ICP-MS, in un laboratorio del campus.
"Utilizziamo principalmente questo dispositivo portatile a fluorescenza a raggi X, che è una pistola di analisi che teniamo sulla roccia per due minuti, e ci fornisce solo cinque o sei dei 17 elementi delle terre rare", ha detto Birgenheier. Se i campioni mostravano concentrazioni superiori a 200 ppm, veniva eseguita un'analisi più completa utilizzando apparecchiature di spettrometria di massa più costose.
Il Dipartimento dell’Energia ha fissato 300 ppm come concentrazione minima affinché l’estrazione di terre rare sia potenzialmente economicamente sostenibile. Ma per lo studio, i ricercatori hanno ritenuto che concentrazioni superiori a 200 ppm fossero considerate "arricchite con REE".
Lo studio ha rilevato la più alta prevalenza di tali concentrazioni nelle formazioni di siltite e scisto adiacenti al carbone, mentre l'arenaria e il carbone stesso erano per lo più privi di terre rare.
Finora il team ha analizzato 11.000 campioni, molti più di quelli utilizzati nello studio pubblicato. I prossimi passi includono la determinazione della quantità di minerali delle terre rare presenti, che probabilmente verrà effettuata con i colleghi dell'Università del Wyoming e del New Mexico Institute of Mining and Technology.
Ulteriori informazioni: Haley H. Coe et al, Arricchimento di elementi delle terre rare nel carbone e negli strati adiacenti al carbone della regione di Uinta, Utah e Colorado, Frontiers in Earth Science (2024). DOI:10.3389/feart.2024.1381152
Informazioni sul giornale: Frontiere nelle scienze della Terra
Fornito dall'Università dello Utah
