Come si possono ridurre notevolmente le emissioni di mercurio dall’industria — ScienceDaily

“Fino ad ora, non esisteva alcun metodo praticabile per purificare l’acido solforico finito. Con una riduzione così radicale del contenuto di mercurio, arriviamo ben al di sotto degli attuali valori limite. Tale acido solforico puro di alta qualità è molto richiesto nelle applicazioni industriali e un passo importante nella riduzione dell’impatto ambientale”, afferma il leader della ricerca Björn Wickman, professore associato presso il Dipartimento di fisica di Chalmers.

L’acido solforico è prodotto dallo zolfo dell’industria petrolifera o come sottoprodotto nelle fonderie dell’industria mineraria. In quest’ultimo caso, il mercurio, naturalmente presente nel minerale, può finire nei prodotti finiti. Anche i flussi riciclati nelle fonderie possono contenere mercurio.

Emissioni tossiche che colpiscono tutta la vita sulla Terra

La dispersione del mercurio è un problema mondiale, poiché la sostanza è volatile e può essere dispersa per via aerea su vaste aree. Questo metallo pesante tossico viene quindi lavato in ruscelli e laghi quando piove. Viene immagazzinato nel suolo, nell’acqua e negli organismi viventi, influenzando l’intera catena alimentare. Può danneggiare il cervello e il sistema nervoso centrale di esseri umani e animali.

Secondo un rapporto del Programma delle Nazioni Unite per l’ambiente (UNEP), le emissioni di mercurio nell’atmosfera sono aumentate di circa il 20% dal 2010 al 2015. Nel 2015, circa 2.200 tonnellate di mercurio sono state emesse nell’atmosfera a causa dell’inquinamento attività come la produzione di cemento, l’estrazione dell’oro su piccola scala, la combustione del carbone, la produzione di metalli e altre industrie manifatturiere. Inoltre, nello stesso anno, circa 1.800 tonnellate di mercurio sono finite nel suolo e nell’acqua. Secondo il rapporto, le concentrazioni di mercurio nell’atmosfera potrebbero essere aumentate del 450% nell’ultimo secolo.

“Tutti i modi in cui possiamo ridurre le emissioni di mercurio sono buoni, perché il mercurio emesso si accumula nell’ambiente e continua a rappresentare una minaccia per la salute per migliaia di anni”, afferma Wickman.

Cattura il metallo usando l’elettrochimica

Cinque anni fa, il suo gruppo di ricerca a Chalmers ha presentato un metodo pionieristico per rimuovere il mercurio dall’acqua mediante processi elettrochimici. Il metodo si basa su un elettrodo metallico che assorbe il metallo tossico e forma una lega. Il mercurio può quindi essere rimosso in modo sicuro e l’elettrodo riutilizzato. Ora i ricercatori hanno portato questa tecnologia un ulteriore passo avanti e in un nuovo studio hanno mostrato come il mercurio può essere rimosso dall’acido solforico concentrato.

Gli esperimenti con l’acido solforico sono stati condotti in collaborazione con la società mineraria e di raffinazione dei metalli Boliden e la società Atium, uno spin-off della Chalmers School of Entrepreneurship con l’obiettivo di portare sul mercato la rimozione del mercurio dall’acqua e dai prodotti chimici. I ricercatori ora sperano di poter andare avanti con i loro partner e sviluppare un tipo di reattore attraverso il quale l’acido solforico possa fluire ed essere purificato allo stesso tempo.

Possibilità di ridurre i costi e l’impatto ambientale

Oggi, il mercurio viene per lo più rimosso in una fase precedente, dai concentrati e dai flussi riciclati alla fonderia prima che venga prodotto l’acido solforico. Questo è un processo consolidato, ma lascia tracce di mercurio nei prodotti finali.

“Purificare anche l’acido solforico previene ulteriori emissioni di mercurio, consentendo al tempo stesso all’industria di operare in modo più conveniente e produrre un prodotto di elevata purezza e non tossico. Il prossimo passo sarà quello di trasformare il metodo in un processo pilota più vicino a volumi del mondo reale di migliaia di tonnellate”, afferma Vera Roth, studentessa di dottorato presso Chalmers e prima autrice dell’articolo recentemente pubblicato sulla rivista Ingegneria ES&T di ACS.

Sperando in valori limite più bassi

Secondo la banca dati Statista, il volume del mercato mondiale dell’acido solforico ammonta a circa 260 milioni di tonnellate all’anno. Entro il 2029, questa cifra dovrebbe salire a 314 milioni di tonnellate. Più basso è il contenuto di mercurio dell’acido solforico, più è prezioso. L’acido solforico per scopi commerciali è considerato di qualità accettabile quando il suo contenuto di mercurio è inferiore a 0,30 milligrammi per chilogrammo. Se il contenuto è inferiore a 0,08 milligrammi per chilogrammo, si considera che l’acido solforico abbia un’elevata purezza. Con il nuovo metodo, i ricercatori hanno ridotto il livello di mercurio a 0,02 milligrammi per chilogrammo di acido solforico nel loro studio pilota.

“I valori limite per la quantità di acido solforico di mercurio che può contenere si basano sulla tecnologia disponibile oggi. Con il nuovo metodo per la purificazione dell’acido solforico, la nostra speranza è che la legislazione sui valori limite venga inasprita in una prospettiva globale in cui i livelli di mercurio sono generalmente molto più alto”, dice Wickman.

Didascalia: L’acido solforico è un importante prodotto chimico industriale, ma spesso contiene una delle sostanze più tossiche al mondo: il metallo pesante volatile mercurio, che può inquinare sia l’aria che l’acqua. I ricercatori della Chalmers University of Technology hanno dimostrato che è possibile ridurre i livelli di mercurio nell’acido solforico di oltre il 90%, anche da bassi livelli. Lo studio è stato condotto in collaborazione con la società spin-off Atium e la società mineraria e di raffinazione dei metalli Boliden. Immagine: Boliden/Unsplash, Nazrin Babashova

Maggiori informazioni sul metodo e sullo studio

• Il metodo di purificazione rimuove il mercurio dall’acido solforico ionizzando il mercurio ei suoi ioni formando una lega con un altro metallo. Un elettrodo con una superficie di platino lega elettrochimicamente il mercurio a se stesso. Quindi riprende il mercurio tossico e forma una lega dei due metalli. È quindi possibile rimuovere il mercurio e rigenerare l’elettrodo in modo controllato. Ciò significa che l’elettrodo può essere riutilizzato e la sostanza tossica può essere smaltita in modo sicuro. Il processo è anche altamente efficiente dal punto di vista energetico. In un episodio del programma UR Samtiden della Swedish Educational Broadcasting Company (UR), Björn Wickman dimostra come funziona il metodo per rimuovere il mercurio dall’acqua.
• L’articolo Mercury Removal from Concentrated Sulphuric Acid by Electrochemical Alloy Formation on Platinum è pubblicato sulla rivista scientifica ACS ES&T Engineering ed è stato scritto da Vera Roth, Julia Järlebark, Alexander Ahrnens, Jens Nyberg, Justin Salminen, Teodora Retegan Vollmer e Björn Wickman. Gli autori sono attivi presso il Dipartimento di Fisica e il Dipartimento di Chimica e Ingegneria Chimica presso la Chalmers University of Technology, Atium e Boliden.
• L’acido solforico è la sostanza chimica più utilizzata al mondo. È un importante reagente utilizzato in molti settori e viene utilizzato nella produzione di qualsiasi cosa, da prodotti chimici, carta, prodotti farmaceutici e cosmetici a batterie, detergenti e fertilizzanti. È un ingrediente anche per molti processi di riciclaggio che contribuiscono all’economia circolare e alla metallurgia estrattiva.
• Gli esperimenti nello studio sono stati eseguiti in un ambiente di laboratorio, in un bicchiere da 50 millilitri e successivamente in un reattore da 20 litri. Il passo successivo sarà quello di ampliare il metodo in un progetto pilota che sia più vicino ai volumi effettivi che sono usuali nelle applicazioni industriali.
• La ricerca è stata finanziata da Formas e dal programma di innovazione strategica Swedish Mining Innovation, una joint venture che coinvolge Vinnova, Formas e l’Agenzia svedese per l’energia.

Maggiori informazioni sui metalli pesanti nell’ambiente

• I metalli pesanti nelle acque e nei corsi d’acqua rappresentano un enorme problema ambientale che colpisce la salute di milioni di persone in tutto il mondo. I metalli pesanti sono tossici per tutti gli organismi viventi e si accumulano nella catena alimentare. Secondo l’Organizzazione Mondiale della Sanità, il mercurio è una delle sostanze più nocive per la salute umana. Tra le altre cose, colpisce il nostro sistema nervoso e lo sviluppo del cervello. La sostanza è quindi particolarmente pericolosa per bambini e feti.
• Oggi esistono norme severe che disciplinano la manipolazione di metalli pesanti tossici per impedirne la dispersione nell’ambiente naturale. Tuttavia, ci sono molti luoghi che sono già stati contaminati o sono interessati dalla deposizione di mercurio nell’aria che potrebbe provenire da altri paesi. Di conseguenza, ci sono aree nel nostro ambiente naturale in cui la quantità di metalli pesanti ha raggiunto concentrazioni tossiche. Ad esempio, gli alti livelli di mercurio nei pesci d’acqua dolce sono un noto problema ambientale. Anche in Svezia l’inquinamento da metalli pesanti è un problema serio ei pesci nella maggior parte dei laghi contengono più mercurio del valore limite. Nelle industrie in cui vengono utilizzati metalli pesanti, così come nel riciclaggio, nel trattamento delle acque reflue e nella decontaminazione, c’è un grande bisogno di metodi nuovi e migliori per rimuovere i metalli pesanti tossici dall’acqua.