Raccolta efficiente di elementi di terre rare dalle acque reflue utilizzando batteri esotici

I nuovi ceppi di cianobatteri mostrano un “bioassorbimento” rapido ed efficiente di elementi delle terre rare, rendendo possibile il riciclaggio.

Gli elementi delle terre rare (REE) sono un insieme di 17 elementi metallici che possiedono proprietà chimiche simili. Hanno guadagnato il loro nome a causa della loro scarsa presenza nella crosta terrestre, tipicamente presenti in concentrazioni che vanno da 0,5 a 67 parti per milione. Questi elementi svolgono un ruolo cruciale nella tecnologia moderna, inclusi prodotti come LED, smartphone, motori elettrici, turbine eoliche, dischi rigidi, fotocamere, magneti e lampadine a basso consumo energetico. Di conseguenza, la domanda di REE ha registrato un costante aumento negli ultimi decenni e si prevede che continuerà ad aumentare fino al 2030.

A causa della loro scarsità e dell’elevata domanda, i REE possono essere piuttosto costosi. Ad esempio, un chilogrammo di ossido di neodimio ha attualmente un prezzo di circa € 200 (~$214), mentre l’ossido di terbio è ancora più costoso a circa € 3.800 (~$4.073) per lo stesso importo. Attualmente, la Cina detiene una posizione dominante nell’estrazione di terre rare, con un controllo quasi monopolistico sull’industria. Tuttavia, una recente scoperta di nuovi promettenti depositi di REE, stimati in oltre un milione di tonnellate, è stata fatta a Kiruna, in Svezia, e ha fatto notizia nel gennaio 2023.

Economia circolare

I vantaggi di passare da uno spreco ‘lineare’ economia ad un’economia “circolare”, in cui tutte le risorse vengono riciclate e riutilizzate, sono evidenti. Quindi potremmo riciclare anche i REE in modo più efficiente?

In Frontiere in Bioingegneria e Biotecnologie, gli scienziati tedeschi hanno dimostrato che la risposta è sì: la biomassa di alcuni cianobatteri fotosintetici esotici può assorbire in modo efficiente i REE dalle acque reflue, ad esempio, derivate dall’estrazione mineraria, dalla metallurgia o dal riciclaggio dei rifiuti elettronici. Le REE assorbite possono successivamente essere lavate dalla biomassa e raccolte per il riutilizzo.

“Qui abbiamo ottimizzato le condizioni di assorbimento di REE da parte della biomassa cianobatterica e caratterizzato i meccanismi chimici più importanti per legarli. Questi cianobatteri potrebbero essere utilizzati in futuri processi ecologici per il recupero simultaneo di REE e il trattamento delle acque reflue industriali”, ha affermato il dott. Thomas Brück, professore presso l’Università tecnica di Monaco e ultimo autore dello studio.

Ceppi altamente specializzati di cianobatteri

Il biosorbimento è un processo metabolicamente passivo per il legame rapido e reversibile di ioni da soluzioni acquose alla biomassa. Brück e colleghi hanno misurato il potenziale di bioassorbimento dei REE lantanio, cerio, neodimio e terbio da parte di 12 ceppi di cianobatteri in colture di laboratorio. La maggior parte di questi ceppi non era mai stata valutata prima per il loro potenziale biotecnologico. Sono stati campionati da habitat altamente specializzati come i suoli aridi nei deserti della Namibia, la superficie dei licheni in tutto il mondo, i laghi natron in Ciad, le fessure nelle rocce in Sud Africa o i ruscelli inquinati in Svizzera.

Gli autori hanno scoperto che un nuovo

Veloce ed efficiente, con un grande potenziale per applicazioni future

Gli autori concludono che il bioassorbimento di REE da parte dei cianobatteri è possibile anche a basse concentrazioni di metalli. Anche il processo è rapido: ad esempio, la maggior parte del cerio in soluzione è stata biosorbita entro cinque minuti dall’inizio della reazione.

“I cianobatteri qui descritti possono adsorbire quantità di REE corrispondenti fino al 10% della loro materia secca. Il biosorbimento presenta quindi un processo ottimizzato dal punto di vista economico ed ecologico per il recupero circolare e il riutilizzo dei metalli delle terre rare dalle acque reflue industriali diluite dei settori minerario, elettronico e della produzione di catalizzatori chimici “, ha affermato Brück.

“Questo sistema dovrebbe diventare economicamente fattibile nel prossimo futuro, poiché è probabile che la domanda e i prezzi di mercato delle terre rare aumenteranno in modo significativo nei prossimi anni”, ha previsto.

Riferimento: “Le terre rare si attaccano ai cianobatteri rari: potenziale futuro per il biorisanamento e il recupero di elementi delle terre rare” di Michael Paper, Max Koch, Patrick Jung, Michael Lakatos, Tom Nilges e Thomas B. Brück, 28 febbraio 2023, Frontiere in Bioingegneria e Biotecnologie.
DOI: 10.3389/fbioe.2023.1130939


Lo studio è stato finanziato dal Ministero bavarese dell’ambiente e della tutela dei consumatori, dal Ministero della scienza e della salute della Renania-Palatinato, dal Ministero federale dell’istruzione e della ricerca, dal Consiglio tedesco della ricerca e Unione Europea Orizzonte.