Gli scarti delle miniere di carbone potrebbero trasformarsi in una fonte domestica di terre rare, risorse fondamentali per tecnologie avanzate e sistemi energetici a basse emissioni. È l’obiettivo di un progetto di ricerca sviluppato alla South Dakota School of Mines and Technology, che punta a recuperare questi elementi da materiali normalmente destinati allo smaltimento.
Il lavoro è guidato da Venkataramana Gadhamshetty, professore di ingegneria civile e ambientale, e da Purushotham Tukkaraja, docente di Ingegneria e Gestione mineraria. Dopo tre anni di studio, il team ha sviluppato un metodo che consente di estrarre terre rare da strati di roccia sovrastante e ceneri di carbone provenienti in particolare dalle miniere del Wyoming.
L’idea di fondo è semplice: trasformare una responsabilità ambientale — grandi quantità di rifiuti minerari accumulati nel tempo — in una risorsa economicamente e strategicamente rilevante, riducendo al tempo stesso la dipendenza dalle importazioni.
Tra innovazione tecnologica e sicurezza delle forniture
Gli elementi recuperati includono ittrio, disprosio, erbio, ytterbium e gadolinio. Si tratta di materiali utilizzati in numerose applicazioni ad alto contenuto tecnologico: veicoli elettrici, turbine eoliche, smartphone, illuminazione a LED, reti in fibra ottica, sistemi di imaging medico e dispositivi per la difesa. Alcuni di questi – come disprosio, ytterbium ed erbio – sono considerati particolarmente critici per via dell’elevata domanda e della difficoltà di sostituirli con alternative efficaci. Altri – come ittrio e gadolinio – sono largamente impiegati in elettronica e sanità.
La disponibilità di una fonte interna di approvvigionamento rappresenterebbe quindi un vantaggio strategico non di poco conto, soprattutto in un contesto internazionale in cui le catene di fornitura delle terre rare sono concentrate in pochi Paesi. Il progetto è nato grazie a un finanziamento iniziale della National Science Foundation e si è poi sviluppato nell’ambito del 2DBEST Center, con il sostegno dell’Office of Surface Mining Reclamation and Enforcement e del Dipartimento degli Interni degli Stati Uniti.
Un processo in tre fasi tra chimica e biologia
Il metodo messo a punto dai ricercatori combina tecniche fisiche, chimiche e biologiche in un processo articolato in tre fasi. La prima è di tipo meccanico: i detriti rocciosi vengono frantumati per aumentare la superficie esposta e facilitare l’accesso agli elementi intrappolati nei materiali di scarto. Segue una fase chimica, nella quale reagenti a basso impatto ambientale trasformano le terre rare dalla forma solida a quella liquida, consentendo una separazione selettiva.
L’ultima fase introduce un elemento innovativo: l’utilizzo di microrganismi in grado di assorbire gli elementi disciolti e concentrarli all’interno delle proprie cellule. In pratica, i microbi agiscono come sistemi di accumulo naturale. I ricercatori spiegano che il processo può essere paragonato all’assorbimento delle vitamine nel corpo umano: i microrganismi necessitano naturalmente di piccole quantità di alcuni di questi elementi e, regolando le condizioni ambientali, è possibile ottimizzarne l’assimilazione. Questo passaggio biologico permette di concentrare elementi presenti in quantità molto diluite, migliorando l’efficienza complessiva del recupero.
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Verso l’applicazione su larga scala
Oltre ai rifiuti solidi, il team sta applicando gli stessi principi anche alle acque reflue provenienti dalle miniere di carbone, cercando di recuperare terre rare da flussi idrici contaminati: l’obiettivo è integrare il recupero dei materiali con interventi di mitigazione ambientale, riducendo l’impatto delle attività estrattive pregresse. La tecnologia si basa su tecniche minerarie consolidate, ma introduce metodi di separazione chimica e biologica che puntano a migliorare sostenibilità ed efficienza.
La fase attuale della ricerca è concentrata sull’ottimizzazione del processo e sulla valutazione della sua fattibilità economica; il passo successivo sarà la scalabilità industriale. Rendere il sistema competitivo dal punto di vista commerciale richiederà ulteriori test e l’integrazione di parametri economici e logistici. Secondo i ricercatori, dimostrare la sostenibilità tecnica è stato il primo traguardo; ora la sfida è trasformare il modello in una soluzione applicabile su larga scala.
Il progetto evidenzia anche il valore della collaborazione interdisciplinare tra ingegneria ecologica e mineraria: in questo caso, competenze diverse sono state integrate per affrontare contemporaneamente un problema ambientale e una questione strategica legata alla sicurezza delle materie prime. Se i prossimi sviluppi confermeranno i risultati ottenuti in laboratorio, gli scarti del carbone potrebbero diventare una fonte alternativa di terre rare, contribuendo sia alla gestione sostenibile dei rifiuti che alla costruzione di filiere più resilienti per tecnologie essenziali della transizione energetica e della difesa.
In prospettiva, un modello di recupero di questo tipo potrebbe essere replicato anche in altri bacini minerari, ampliando il potenziale di approvvigionamento domestico. La valorizzazione di materiali già estratti in passato ridurrebbe inoltre la necessità di nuove attività minerarie, con possibili benefici ambientali e sociali. L’evoluzione del progetto dipenderà ora dalla capacità di integrare innovazione scientifica, sostenibilità economica e partnership industriali, trasformando una soluzione di laboratorio in un’infrastruttura produttiva stabile.