Batteri per il recupero selettivo di materie prime critiche
L’Europa dipende quasi interamente dalle forniture estere di elementi delle terre rare (REE), magnesio e metalli del gruppo del platino. L’UE sta accelerando gli sforzi per aumentare l’indipendenza, migliorando contemporaneamente la sostenibilità delle miniere e sostenendo un’economia circolare. Per contribuire al raggiungimento di questi obiettivi, il progetto BIORECOVER, finanziato dall’UE, ha sviluppato soluzioni basate sulle biotecnologie per recuperare le materie prime critiche da fonti primarie e secondarie non sfruttate.
Minerali di riferimento e metodologia del processo di recupero
Secondo Cristina Martínez di CETIM, responsabile scientifica del progetto: «BIORECOVER si è concentrato sul recupero di tre materie prime critiche: elementi delle terre rare da residui di bauxite (un prodotto di scarto della lavorazione dell’alluminio), magnesio (Mg) da minerali di bassa qualità e metalli del gruppo del platino da residui di processo e minerali di bassa qualità». Il processo multi-fase su scala semi-pilota del team è stato adattato ai metalli e alle fonti di riferimento di materie prime critiche. BIORECOVER ha isolato e selezionato un’ampia gamma di batteri dalla popolazione naturale che abita i residui delle miniere, studiandone i meccanismi d’azione e analizzandone il DNA. I batteri sono stati poi utilizzati per rimuovere le impurità presenti nelle fonti. Il pre-trattamento è stato seguito dalla mobilizzazione delle materie prime critiche tramite biolisciviazione, ossia l’estrazione e la solubilizzazione con acidi minerali e organici prodotti biologicamente, e dall’immobilizzazione tramite microrganismi per produrre un biolisciviato arricchito di materie prime critiche di riferimento. Metodologie innovative hanno supportato il recupero selettivo delle materie prime critiche dal biolisciviato multi-metallico. Una combinazione di modellizzazione e test in soluzioni sintetiche e naturali contenenti materie prime critiche ha permesso l’ottimizzazione.
Gettare le basi per un recupero selettivo delle materie prime critiche
Dopo il processo di biolisciviazione, sono state implementate una serie di tecnologie avanzate, ognuna delle quali affronta fasi critiche specifiche per i tre distinti gruppi di materie prime critiche studiati nel progetto. Tali approcci personalizzati hanno garantito un recupero e una lavorazione ottimali per ciascun gruppo di materie prime critiche, evidenziando l’importanza di un’applicazione tecnologica precisa nelle fasi chiave del processo. Le nuove microcapsule per il recupero selettivo di ittrio e scandio dal biolisciviato arricchito di elementi delle terre rare hanno raggiunto un tasso di recupero massimo di circa l’80 % per l’ittrio e lo scandio. Il tasso di recupero massimo per il neodimio è stato di circa il 40 % e per il lantanio e il cesio di circa il 20 %. Utilizzando microcapsule polimeriche commerciali e soluzioni sintetiche, BIORECOVER ha ottenuto una selettività del 95 % per l’ittrio. Una pietra miliare nella purificazione dei biolisciviati è stata raggiunta utilizzando le tecnologie di precipitazione elettrostatica per il recupero specifico di magnesio dai biolisciviati di magnesio, con un tasso di recupero massimo del 100 % e una selettività del 92 % nel processo di post-trattamento. La purezza finale dell’idrossido di magnesio (brucite) era quasi del 90 %. Infine, un biopolimero modificato con siderofori batterici ha facilitato il recupero selettivo dei metalli del gruppo del platino. Il biopolimero ha permesso un recupero massimo di circa il 78 % e il 58 % di platino (Pt) e palladio, rispettivamente, dai sottoprodotti dei metalli del gruppo del platino e una selettività di circa il 98 % e il 92 % per platino e iridio dal percolato sintetico di metalli del gruppo del platino. «La mobilitazione dei metalli del gruppo del platino da minerali di basso grado è stata difficile a causa della natura refrattaria dei minerali che li ospitano. Tuttavia, BIORECOVER ha ottenuto una mobilitazione dell’oro superiore al 90 %», aggiunge Martínez.
Futuro sostenibile in primo piano
La valutazione del ciclo di vita, basata su processi e apparecchiature su scala di laboratorio, ha fornito importanti indicazioni per la scalabilità. «In tutti i percorsi di recupero studiati, la riduzione del consumo energetico è fondamentale per la redditività su larga scala: l’elettricità dell’autoclave e l’energia per il riscaldamento del reattore dovrebbero essere ridotte», spiega Martínez. Quest’ultimo obiettivo potrebbe essere raggiunto ottimizzando il tempo di biolisciviazione per bilanciare il consumo energetico del bioreattore rispetto all’aumento della mobilitazione di materie prime critiche. La valutazione ha identificato il terreno di coltura e le sostanze chimiche per produrlo come il principale collo di bottiglia ambientale nel recupero di elementi delle terre rare dai residui di bauxite. L’utilizzo di sottoprodotti come la bagassa di canna da zucchero, la borlanda o la melassa potrebbe ridurre questo impatto. La necessità di sterilizzare i residui di bauxite prima della lavorazione determina il principale impatto ambientale dei rifiuti di magnesio. I percorsi biotecnologici di BIORECOVER per il recupero di materie prime critiche da fonti non sfruttate con meno energia, acqua e rifiuti aprono la strada a un approvvigionamento più sostenibile e sicuro di materie prime critiche e a un futuro più luminoso per l’ambiente.
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