Biomining Gli elementi del futuro

File 20180124 72597 1twk9y1.png? Ixlib = rb 1.1 Joey Kyber / Pixel, CC BY-SA

La biominazione è il tipo di tecnica promessa dalla fantascienza: un vasto serbatoio pieno di microrganismi che filtrano il metallo dal minerale, vecchi telefoni cellulari e dischi rigidi.

Sembra futuristico, ma è attualmente utilizzato per produrre circa 5% dell'oro mondiale e 20% del rame mondiale. È anche usato in misura minore per estrarre elementi di nichel, zinco, cobalto e terre rare. Ma forse il suo potenziale più eccitante è l'estrazione di elementi di terre rare, che sono cruciali in tutto, dai telefoni cellulari alla tecnologia delle energie rinnovabili.

La miniera di Mary Kathleen, una miniera di uranio esausta nel nord-ovest del Queensland, contiene un miliardo di dollari 4 stimato in elementi di terre rare. La biominazione offre un'opzione economica ed ecologica per tirarla fuori.

La biominazione è così versatile che può essere utilizzata su altri corpi planetari. Studi di biolisciviazione sulla stazione spaziale internazionale hanno dimostrato che i microrganismi provenienti da ambienti estremi sulla Terra possono filtrare una grande varietà di importanti minerali e metalli dalle rocce quando esposti al freddo, al calore, alle radiazioni e al vuoto dello spazio.

Alcuni scienziati persino credono non possiamo colonizzare altri pianeti senza l'aiuto delle tecnologie di biomining.

Come funziona?

clima Microorganismi in vasche filtrano i minerali da qualsiasi materiale di origine. Per gentile concessione del Pacific Northwest National Laboratory.

La biominazione avviene all'interno di grandi reattori chiusi, a serbatoio agitato (bioreattori). Questi dispositivi generalmente contengono acqua, microrganismi (batteri, archaea o funghi), materiale minerale e una fonte di energia per i microbi.

La fonte di energia richiesta dipende dallo specifico microbo necessario per il lavoro. Per esempio, oro e rame sono biologicamente "lisciviati" dai minerali sulfidici usando microrganismi che possono ricavare energia da fonti inorganiche, attraverso l'ossidazione di zolfo e ferro.

Tuttavia, gli elementi delle terre rare sono biolocalizzati da minerali non solfuri usando microrganismi che richiedono una fonte di carbonio organico, perché questi minerali non contengono una fonte di energia utilizzabile. In questo caso, gli zuccheri vengono aggiunti per consentire ai microbi di crescere.

Tutti gli organismi viventi hanno bisogno di metalli per svolgere le reazioni enzimatiche di base. Gli umani prendono i loro metalli dalle concentrazioni di tracce nel loro cibo. I microbi, tuttavia, ottengono metalli sciogliendoli dai minerali nel loro ambiente. Lo fanno producendo acidi organici e composti leganti il ​​metallo. Gli scienziati sfruttano questi tratti mescolando i microbi in soluzione con minerali e raccogliendo il metallo mentre galleggia verso l'alto.

La temperatura, gli zuccheri, la velocità di agitazione del serbatoio, l'acidità, il livello di anidride carbonica e di ossigeno devono essere monitorati e messi a punto per garantire condizioni di lavoro ottimali

I benefici della biominazione

I metodi di estrazione tradizionali richiedono prodotti chimici aggressivi, molta energia e producono molti inquinanti. Al contrario, la biominazione utilizza poca energia e produce pochi sottoprodotti microbici come acidi organici e gas.

Poiché è economico e semplice, la biominazione può sfruttare efficacemente le fonti di metalli di bassa qualità (come i residui delle miniere) che altrimenti sarebbero antieconomici con i metodi tradizionali.

I paesi si stanno rivolgendo sempre più alla biominazione come la Finlandia, il Cile e l'Uganda. Il Cile ha esaurito gran parte dei suoi minerali ricchi di rame e ora utilizza la biominazione, mentre l'Uganda ha estratto il cobalto dai residui delle miniere di rame per oltre un decennio.

Perché abbiamo bisogno di elementi di terre rare?

Gli elementi di terre rare comprendono il gruppo di lantanidi 15 vicino al fondo della tavola periodica, oltre allo scandio e all'ittrio. Sono ampiamente utilizzati in quasi tutta l'elettronica e sono sempre più richiesti dalle industrie dei veicoli elettrici e delle energie rinnovabili.

Le proprietà atomiche uniche di questi elementi li rendono utili come magneti e fosfori. Sono utilizzati come potenti magneti leggeri in veicoli elettrici, turbine eoliche, unità disco rigido, apparecchiature mediche e come fosfori nell'illuminazione a efficienza energetica e nei LED di telefoni cellulari, televisori e computer portatili.

Nonostante il loro nome, gli elementi delle terre rare non sono rari e alcuni sono in realtà più abbondanti di rame, nichel e piombo nella crosta terrestre. Tuttavia, a differenza di questi metalli primari che formano i minerali (un minerale naturale o una roccia da cui una sostanza utile può essere facilmente estratta), gli elementi delle terre rare sono ampiamente dispersi. Pertanto, per essere economicamente fattibili, sono generalmente estratti come prodotti secondari accanto ai metalli primari come ferro e rame.

Oltre il 90% degli elementi di terre rare del mondo proviene dalla Cina, dove monopoli produttivi, restrizioni commerciali e estrazione illegale hanno causato prezzi fluttuano drammaticamente negli anni.

clima La maggior parte delle tecnologie di energia rinnovabile dipende dai metalli delle terre rare. Pixabay

Relazioni degli US Department of Energy, Unione europea, e il Commissione di intelligence degli Stati Uniti hanno etichettato diversi elementi di terre rare come materiali critici, in base alla loro importanza per l'energia pulita, l'alto rischio di approvvigionamento e la mancanza di sostituti.

Questi rapporti incoraggiano la ricerca e lo sviluppo in metodi di estrazione alternativi come la biominazione come una potenziale strategia di mitigazione.

Prestare attenzione a queste chiamate, laboratori in Curtin e Berkeley Le università hanno utilizzato microrganismi per dissolvere i comuni minerali contenenti elementi delle terre rare. Questi studi su scala pilota hanno mostrato risultati promettenti, con tassi di estrazione più vicini a quelli dei metodi di estrazione convenzionali.

Poiché la maggior parte dell'elettronica ha una durata notoriamente breve e una scarsa riciclabilità, i laboratori stanno sperimentando la biominazione "urbana". Ad esempio, gli studi di bioleaching hanno visto il successo in estraendo elementi di terre rare dalla polvere di fosforo rivestimento di globi fluorescenti e uso di microrganismi per riciclare elementi di terre rare da rifiuti elettronici come magneti del disco rigido.

Gli elementi di terre rare sono fondamentali per il futuro della nostra tecnologia. La biominazione offre un modo per ottenere queste risorse preziose in un modo che sia sostenibile dal punto di vista ambientale ed economicamente fattibile.

Circa l'autore

Marcos Voutsinos, PhD Candidate, Geomicrobiology, Università di Melbourne

Questo articolo è stato pubblicato in origine The Conversation. Leggi il articolo originale.

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