Riciclaggio raro

Qui ci sono parti elettroniche di vecchi computer. Il riciclaggio dei metalli delle terre rare in queste parti potrebbe aiutare a soddisfare la domanda di questi materiali di grande valore.

Adam Smigielski/iStock/Getty Images Plus

Di Erin Wayman

4 maggio 2023 alle 6:30

Le nostre vite moderne dipendono dai metalli conosciuti come terre rare. Sfortunatamente, questi elementi sono così ampiamente utilizzati e popolari che un giorno, presto, potremmo non averne abbastanza per soddisfare i bisogni della società.

A causa delle loro proprietà speciali, questi 17 metalli sono diventati fondamentali per gli schermi di computer, telefoni cellulari e altri dispositivi elettronici ad alte prestazioni. Le lampade fluorescenti compatte le usano. Lo stesso vale per le macchine per l'imaging medicale, i laser, i magneti ad alta potenza, le fibre ottiche e i pigmenti. Si trovano anche nelle batterie ricaricabili delle auto elettriche. Questi elementi rappresentano anche la porta verso un futuro rispettoso del clima, a basse o zero emissioni di carbonio.

Nel 2021, il mondo ha estratto 280.000 tonnellate di terre rare. Si tratta di circa 32 volte di più rispetto alla metà degli anni '50. Entro il 2040, gli esperti stimano che avremo bisogno di una quantità fino a sette volte superiore a quella che utilizziamo oggi.

Non esistono validi sostituti per la maggior parte dei lavori svolti dalle terre rare. Quindi soddisfare il nostro appetito per questi metalli non sarà facile. Non si trovano in ricchi giacimenti. Quindi i minatori devono scavare enormi quantità di minerale per ottenerlo. Quindi le aziende devono utilizzare una combinazione di processi fisici e chimici per concentrare i metalli e separarli.

Questi processi utilizzano molta energia. Sono anche sporchi e utilizzano sostanze chimiche tossiche. Un’altra preoccupazione: la Cina è quasi l’unico luogo in cui questi metalli vengono estratti e lavorati. In questo momento, ad esempio, tutti gli Stati Uniti hanno una sola miniera attiva di terre rare.

Tutto ciò spiega perché i ricercatori stanno cercando di riciclare questi metalli. Il riciclaggio "avrà un ruolo molto importante e centrale", afferma Ikenna Nlebedim. È uno scienziato dei materiali presso il Critical Materials Institute del Dipartimento di Energia. (È gestito dall'Ames National Laboratory in Iowa.)

Entro 10 anni, afferma Nlebedim, il riciclaggio potrebbe soddisfare fino a un quarto del fabbisogno di terre rare. Se fosse vero, dice, sarebbe “enorme”.

Negli Stati Uniti e in Europa è prassi riciclare dal 15 al 70% dei metalli ad alto utilizzo, come l'acciaio. Eppure oggi solo l’1% circa delle terre rare presenti nei vecchi prodotti viene riciclato, osserva Simon Jowitt. Geologo, lavora presso l'Università del Nevada, Las Vegas.

"I cavi in ​​rame possono essere riciclati in più cavi in ​​rame. L'acciaio può semplicemente essere riciclato in più acciaio", afferma. Ma molti prodotti delle terre rare “non sono molto riciclabili”.

Perché? Spesso sono stati miscelati con altri metalli. Separarli di nuovo può essere molto difficile. In un certo senso, riciclare le terre rare da oggetti di scarto è altrettanto impegnativo quanto estrarle dal minerale e lavorarle.

Il riciclaggio delle terre rare tende a utilizzare sostanze chimiche pericolose, come l’acido cloridrico. Utilizza anche molto calore e quindi molta energia. E questo sforzo potrebbe recuperare solo una piccola quantità di metallo. Il disco rigido di un computer, ad esempio, potrebbe contenere solo pochi grammi (meno di un'oncia) di metalli delle terre rare. Alcuni prodotti potrebbero contenerne solo un millesimo.

Ma gli scienziati stanno cercando di sviluppare approcci di riciclaggio migliori per ridurre la necessità di estrarre una maggiore quantità di questi metalli.

Un approccio recluta i microbi. I batteri Gluconobacter producono naturalmente acidi organici. Questi acidi possono estrarre terre rare – come il lantanio e il cerio – dai catalizzatori usati o dai fosfori luminosi che fanno brillare le luci fluorescenti. Gli acidi batterici sono meno dannosi per l'ambiente rispetto ad altri acidi che rilasciano metalli, afferma Yoshiko Fujita. È una biogeochimica presso l'Idaho National Laboratory a Idaho Falls.

Negli esperimenti, questi acidi batterici recuperano solo circa un quarto o la metà delle terre rare da catalizzatori e fosfori. Non è efficace quanto l'acido cloridrico, che in alcuni casi può estrarne fino al 99%. Ma l’approccio biologico potrebbe comunque valere la pena, riferiscono Fujita e il suo team.