Gli elementi delle terre rare (REE) sono fondamentali per la tecnologia moderna e alimentano qualsiasi cosa, dalle turbine eoliche agli smartphone fino ai veicoli elettrici. Nonostante non siano veramente rari nella crosta terrestre, sono notoriamente difficili e costosi da estrarre in modo efficiente. Ora, un team della Northeastern University ha svelato un metodo rivoluzionario che potrebbe cambiare radicalmente l’economia del recupero delle terre rare, sfruttando le enormi quantità di rifiuti dell’estrazione del carbone già accumulati in tutto il mondo.
Il problema con l’estrazione corrente
L’estrazione tradizionale di REE si basa su depositi minerari dedicati, un processo che è sia dannoso per l’ambiente che geograficamente concentrato (spesso in regioni politicamente sensibili). I tentativi esistenti di estrarre le terre rare dal carbone – il liquame di roccia e acqua rimasto dall’estrazione del carbone – sono stati ostacolati dalla bassa efficienza. Le REE sono bloccate all’interno di minerali argillosi ostinati, rendendo la separazione estremamente difficile. Questa inefficienza rappresenta un collo di bottiglia critico: la domanda di REE è in forte aumento a causa della transizione energetica e della produzione ad alta tecnologia, ma le catene di approvvigionamento rimangono fragili.
Come funziona il nuovo processo
Il team della Northeastern University ha sviluppato un processo in due fasi che migliora notevolmente i rendimenti di estrazione. Innanzitutto, i residui di carbone vengono “cotti” in una soluzione alcalina mentre vengono riscaldati con le microonde. Ciò modifica la struttura dei minerali che racchiudono le REE, rendendole più porose. In secondo luogo, un trattamento con acido nitrico separa quindi le REE dalla roccia rimanente.
Secondo i ricercatori, la chiave è il pretrattamento alcalino prima della digestione acida. “I risultati mostrano che il pretrattamento alcalino dei residui di carbone prima della digestione acida influenza in modo significativo l’efficienza di estrazione delle REE, con un’estrazione minima nella soluzione alcalina”, scrivono. Questa combinazione consente un aumento di efficienza 3 volte superiore rispetto ai metodi esistenti.
Perché è importante: scala e sostenibilità
L’impatto potenziale è enorme. Le stime suggeriscono che da ogni 1,5 miliardi di tonnellate di residui di carbone potrebbero essere estratti oltre 600 kilotoni di REE – e i soli Stati Uniti detengono circa 2 miliardi di tonnellate di questi rifiuti in Pennsylvania. Non si tratta solo di efficienza; si tratta di convertire una passività (mucchi di rifiuti tossici) in una risorsa (materiali critici).
Il processo mira specificamente al neodimio, un elemento chiave nei magneti ad alta resistenza utilizzati nelle auto elettriche, nelle turbine eoliche e nei dischi rigidi. Aumentare questo processo ridurrebbe la dipendenza dall’estrazione mineraria tradizionale, migliorerebbe la resilienza della catena di approvvigionamento e abbasserebbe potenzialmente il costo delle tecnologie verdi.
Sfide rimanenti
Sebbene promettente, l’attuazione diffusa deve affrontare ostacoli. Il processo di estrazione è ancora costoso e richiede una raffinazione basata sulla composizione minerale di specifici depositi di sterili di carbone. Inoltre, i residui del carbone contengono altri elementi preziosi, come il magnesio, che idealmente verrebbero estratti simultaneamente per massimizzare la redditività economica. Queste complessità significano che l’implementazione su scala industriale richiederà tempo e ulteriori ricerche.
Tuttavia, la svolta rappresenta un significativo passo avanti nello sblocco di una risorsa vasta e sottoutilizzata. La domanda di REE è destinata ad aumentare e questo nuovo approccio fornisce “nuove informazioni sui meccanismi di rilascio delle REE e sul potenziale per ottimizzare il pretrattamento alcalino dei rifiuti di carbone per un’estrazione efficiente delle REE”.
