I ricercatori stanno sviluppando un processo ispirato alla natura che recupera in modo efficiente l’europio dalle vecchie lampade fluorescenti. L’approccio potrebbe portare al tanto atteso riciclo dei metalli delle terre rare.
Le terre rare non sono così rare come suggerisce il nome. Tuttavia, sono indispensabili per l’economia moderna. Questi 17 metalli sono infatti materie prime essenziali per la digitalizzazione e la transizione energetica: Si trovano negli smartphone, nei computer, negli schermi e nelle batterie - senza di essi, nessun motore elettrico funzionerebbe e nessuna turbina eolica girerebbe. Poiché l’Europa dipende quasi interamente dalle importazioni dalla Cina, queste materie prime sono considerate "critiche".
Tuttavia, le terre rare sono critiche anche per la loro estrazione. Si trovano sempre mescolate nei minerali naturali, ma poiché questi elementi sono chimicamente molto simili, sono difficili da separare. I processi di separazione tradizionali sono quindi ad alta intensità chimica ed energetica e richiedono una serie di fasi di estrazione. Ciò rende l’estrazione e la purificazione dei metalli costosa, lunga ed estremamente dannosa per l’ambiente.
"Nonostante ciò, le terre rare non vengono quasi mai riciclate in Europa", afferma Victor Mougel, professore presso il Laboratorio di Chimica Inorganica del Politecnico di Zurigo. Un team di ricercatori guidato da Mougel vuole cambiare questa situazione. "C’è un urgente bisogno di metodi sostenibili e non complicati per separare e recuperare queste materie prime strategiche da diverse fonti", chiede il chimico.
In uno studio recentemente pubblicato sulla rivista Nature Communications, il team presenta un metodo sorprendentemente semplice per separare e riciclare in modo efficiente il metallo delle terre rare europio da miscele complesse di altre terre rare.
Ispirato dalla natura
Marie Perrin, dottoranda del gruppo di Mougel e prima autrice dello studio, spiega: "I processi di separazione esistenti si basano su centinaia di passaggi di estrazione cosiddetti liquido-liquido e sono inefficienti, e il riciclaggio dell’europio è stato finora poco pratico". Nel loro studio hanno dimostrato che un semplice reagente inorganico può migliorare significativamente questa separazione. "Questo ci permette di ottenere l’europio in pochi semplici passaggi e in quantità almeno 50 volte superiori rispetto ai metodi di separazione precedenti", spiega Perrin.
La chiave di questa tecnologia risiede in piccole molecole inorganiche con quattro atomi di zolfo disposti intorno a un atomo di tungsteno o molibdeno: Tetrathiometallati. I ricercatori si sono ispirati al mondo delle proteine. I tetrathiometallati si trovano spesso come siti di legame per i metalli negli enzimi naturali e sono utilizzati come sostanze attive contro il cancro e i disturbi del metabolismo del rame.
Per la prima volta, i tetratiometalli vengono utilizzati anche come ligandi per la separazione dei metalli delle terre rare. Le sue proprietà redox uniche entrano in gioco in questo caso, riducendo l’europio al suo insolito stato divalente e semplificando così la separazione dagli altri metalli trivalenti delle terre rare.
"Il principio è così efficiente e robusto che possiamo applicarlo direttamente alle lampade fluorescenti usate senza le consuete fasi di pretrattamento", spiega Mougel.
Mantenere l’europio nel ciclo
I rifiuti elettronici sono una fonte importante, ma ancora poco sfruttata, di metalli di terre rare. "Se si sfruttasse questa fonte, i rifiuti di lampade che attualmente la Svizzera invia all’estero per essere smaltiti nelle discariche potrebbero essere riciclati qui in Svizzera", spiega Mougel. In questo modo, i rifiuti delle lampade potrebbero servire come miniere urbane di europio e rendere la Svizzera meno dipendente dalle importazioni.
"Il nostro approccio al riciclaggio è significativamente più ecologico di tutti i metodi convenzionali di estrazione dei metalli delle terre rare dai minerali".
In passato, l’europio era utilizzato principalmente come fosforo nelle lampade fluorescenti e negli schermi piatti, il che ha portato a prezzi di mercato elevati. Con il progressivo abbandono delle lampade fluorescenti, la domanda è diminuita e i precedenti metodi di riciclaggio dell’europio non sono più economicamente vantaggiosi. Sono comunque auspicabili strategie di separazione più efficienti, che potrebbero aiutare a utilizzare le grandi quantità di rifiuti di lampade fluorescenti a basso costo, il cui contenuto di metalli di terre rare è circa 17 volte superiore a quello dei minerali naturali.
Ridurre la domanda
Ciò rende ancora più urgente il recupero dei metalli rari alla fine del ciclo di vita di un prodotto e il loro riciclo, ma il tasso di recupero degli elementi delle terre rare nell’UE è ancora inferiore all’1%.
In linea di principio, qualsiasi processo di separazione delle terre rare può essere utilizzato sia per l’estrazione dal minerale che per il recupero dai rifiuti. Con il loro metodo, tuttavia, i ricercatori si concentrano deliberatamente sul riciclaggio delle materie prime, in quanto questo ha molto più senso dal punto di vista ecologico ed economico. "Il nostro approccio al riciclaggio è significativamente più ecologico di tutti i metodi convenzionali per l’estrazione dei metalli delle terre rare dai minerali", afferma Mougel.
I ricercatori hanno brevettato la loro tecnologia e stanno per fondare una start-up chiamata Reecover per commercializzarla in futuro. Attualmente stanno lavorando per adattare il processo di separazione ad altri metalli delle terre rare, come il neodimio e il disprosio, che si trovano nei magneti. Se il processo avrà successo, Marie Perrin intende avviare la start-up dopo il dottorato e stabilire il riciclaggio delle terre rare nella pratica.
Letteratura di riferimento
Perrin MA, Dutheil P, Wörle M & Mougel V. Recupero dell’europio dai rifiuti elettronici utilizzando ligandi tetrathiotungstati redox attivi. Nat Commun 15, 4577 (2024). doi: 10.1038/s41467’024 -48733-z
Michael Keller
