La scoperta che può rendere la transizione verde davvero sostenibile: la calcite dei gusci delle uova per estrarre Rare Earth Elements dall’acqua

Un semplice guscio d’uovo di gallina potrebbe essere la soluzione per estrarre terre rare in maniera finalmente rispettosa dell’ambiente: è quello che hanno scoperto gli scienziati del Trinity School of Natural Sciences e dell’iCRAG (Irish Centre for Research in Applied Geosciences), alla ricerca di un metodo di estrazione di Rare Earth Elements (REE) che fosse più sostenibile di quelli attuali.

L’estrazione e la lavorazione dei minerali da cui vengono recuperati scandio, ittrio e lantanoidi necessari per far funzionare pale eoliche e auto elettriche, infatti, è un processo dispendioso e spesso molto dannoso per l’ambiente. E, considerando che l’approvigionamento di questi materiali è sempre più centrale e che l’attività di estrazione è destinata a crescere ulteriormente per alimentare la transizione energetica, è assolutamente urgente trovare un metodo che permetta di ottenere REE in maniera sicura e sostenibile.

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Terre rare: quell’urgenza di un’estrazione più sostenibile

Una delle strategie principali per il raggiungimento dell’obiettivo Net-Zero 2050 è la cosiddetta transizione energetica, cioè il passaggio da fonti fossili a fonti energetiche rinnovabili o a basse emissioni. Tra i pilastri di questa trasformazione epocale ci sono l’elettricità eolica e i veicoli elettrici, spesso osteggiati a causa di un Life Cycle Assessment non proprio lusinghiero né particolarmente in linea con gli obiettivi di mitigazione dei cambiamenti climatici.

Entrambe queste tecnologie, si legge nello studio appena pubblicato dai ricercatori di Trinity School of Natural Sciences e iCRAG sulla rivista ACS Omega, dipendono dai magneti permanenti NdFeB, che contengono tipicamente una notevole quantità di terre rare, circa il 28-35 per cento del loro peso totale.

Il problema è che pochissimi Paesi al mondo sono disposti a gestire miniere di REE “a causa del loro elevato rischio ambientale e sanitario, dovuto al rilascio di grandi quantità di fanghi tossici e leggermente radioattivi”, mentre la richiesta per questi materiali è in significativa ascesa proprio per soddisfare la domanda di transizione energetica.

Perciò, per ridurre l’impatto ambientale delle terre rare, gli scienziati hanno iniziato a sondare metodi di estrazione meno dannosi di quelli attualmente in uso, che vanno dall’assorbimento ionico all’elettrolisi con sali fusi. È quindi aumentato l’interesse verso il recupero di queste sostanze da materiali di scarto ricchi in REE – come sedimenti marini e rifiuti industriali – e verso l’estrazione da soluzioni acquose, meno dannosa di altri processi chimici utilizzati dall’industria.

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Le qualità nascoste dei gusci delle uova per l’innovazione

Il team di ricerca irlandese ha scoperto che i gusci d’uovo possono essere il punto di partenza per sviluppare un nuovo metodo per l’estrazione sostenibile delle terre rare: il carbonato di calcio (calcite) presente nei gusci d’uovo, infatti, può assorbire e separare efficacemente i preziosi REE a partire da soluzioni acquose.

Delle umili uova di gallina, ricchissime in calcite, potrebbero contenere una delle risposte più brillanti al problema cruciale dell’estrazione delle terre rare. Come si legge nello studio, nel 2021 si stima che siano stati prodotti 1.700 miliardi di gusci d’uovo a livello globale: considerando che la loro massa media è di 6 grammi, e che sono composti al 93,5 per cento da calcite, significa che ogni anno vengono prodotte 10 milioni di tonnellate di calcite da guscio d’uovo.

E smaltire questi scarti in discarica non è una scelta ideale, poiché il loro naturale contenuto batterico e virale potrebbe diventare un rischio per la salute.

Così, sin dall’inizio del secolo, gli scienziati hanno iniziato a testare i gusci d’uovo “come potenziale assorbente a basso costo per la rimozione dei metalli pesanti dalle acque reflue, ma solo pochi studi si sono concentrati sul recupero delle terre rare”: la loro capacità di assorbimento, si legge nello studio, è risultata sufficiente per recuperare il 90 per cento di Nd e Ce da un percolato di minerale di tipo SedEx (sedimentary exhalative deposits).

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Terre rare dagli scarti d’uovo per una transizione sostenibile

I ricercatori hanno posto i gusci d’uovo in soluzioni contenenti REE a varie temperature, da 25 °C a 205 °C, e per periodi di tempo diversi, fino a tre mesi. Hanno quindi scoperto che gli elementi potevano essere assorbiti dai gusci d’uovo tramite la diffusione lungo i confini della calcite e la matrice organica e, a temperature più elevate, che le terre rare costruivano nuovi minerali sulla superficie del guscio d’uovo.

A 90 gradi centigradi, la superficie del guscio d’uovo ha contribuito a recuperare le formazioni di un composto di terre rare chiamato kozoite e, con l’aumentare della temperatura, i gusci d’uovo hanno subito una trasformazione completa: la calcite si è dissolta, sostituita da kozoite policristallina.

Alla temperatura più alta, 205°C, la kozoite si è gradualmente trasformata in bastnasite, il minerale carbonato di terre rare stabile utilizzato dall’industria per estrarre i REE per le applicazioni tecnologiche.

Come spiega il dottor Rémi Rateau, autore principale della ricerca, “questo studio presenta un potenziale uso innovativo dei materiali di scarto che non solo offre una soluzione sostenibile al problema del recupero degli elementi delle terre rare, ma si allinea anche ai principi dell’economia circolare e della valorizzazione dei rifiuti”.

“Trasformando i rifiuti di guscio d’uovo in una preziosa risorsa per il recupero delle terre rare”, aggiunge il professoe Juan Diego Rodriguez-Blanco, “affrontiamo i problemi ambientali critici associati ai metodi di estrazione tradizionali e contribuiamo allo sviluppo di tecnologie più ecologiche”.

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