Le terre rare sono un gruppo di 17 metalli - come lo scandio, l’ittrio, il lantanio e il cerio - necessari per produrre gran parte della tecnologia che utilizziamo nell’elettrica di consumo, nelle energie rinnovabili, settore sanitario o nei trasporti aerei. Secondo l’American Chemistry Council dalle Terre rare dipende una produzione di merci da 329 miliardi di dollari nel solo Nord America e l’United States Geological Survey prevede che la domanda mondiale terre rare è destinata a crescere del 5% all’anno fino al 2020. Il problema è che la Cina produce più dell’85% delle terre rare del mondo e che gli Usa poco più del 6%. Per questo gli Stati Uniti, l’Unione europea e il Giappone hanno denunciato la Cina all’Organizzazione mondiale del commercio quando ha deciso di mettere un freno all’esportazione di terre rare.
Ma ora, secondo uno studio pubblicato su Metallurgical and Materials Transactions E da un team della Pennsylvania State University e del Dipartimento dell’energia Usa, gli Stati Uniti potrebbero presto diminuire la sua dipendenza dalla importazione dei preziosi elementi delle terre rare perché avrebbe scoperto «un modo conveniente e rispettoso dell'ambiente per estrarre questi metalli dai sottoprodotti del carbone».
Sarma Pisupati, che insegna energia e ingegneria minerale alla Penn State, spiega: «Sappiamo da molti decenni che gli elementi delle terre rare si trovano nei giacimenti di carbone e nelle vicinanze di altre vene di minerali. Tuttavia, era costoso estrarre i materiali e fino a poco tempo c’è stata una richiesta relativamente bassa. Oggi, ci affidiamo a elementi delle terre rare per la produzione di molti oggetti necessari e anche di lusso, tra cui computer, smart phones, batterie ricaricabili, veicoli elettrici , magneti e catalizzatori chimici. Abbiamo voluto dare una nuova occhiata alla possibilità di estrarre le terre rare dal carbone, dato che è così abbondante negli Stati Unit».
Utilizzando i sottoprodotti della produzione del carbone della regione dei Northern Appalachian, dove l’industria carbonifera è in forte crisi dopo aver provocato gravi danni ambientali, il team ha cercato di capire se un processo chimico chiamato scambio ionico potrebbe servire ad estrarre le terre rare in maniera più sicura rispetto ad altri metodi di estrazione. «Ad esempio – dicono alla PennState - la ricerca ha esaminato il "roasting", un procedimento ad alta intensità energetica e che richiede l'esposizione ad acidi concentrati. Al contrario, lo scambio ionico è più ecologico e richiede meno energia. Lo scambio ionico comporta di risciacquare il carbone con una soluzione che rilascia le terre rare che sono contenute nel carbone».
Pisupati spiega ancora: «Essenzialmente, le terre rare stanno attaccate alla superficie di molecole presenti nel carbone, e usiamo una soluzione speciale per “rapirle". Abbiamo sperimentato molti solventi per trovare uno che è al tempo stesso economico e rispettoso dell'ambiente». Si tratta del solfato di ammonio e il team dice che «L’estrazione 2% di Rees (rare-earth elements) disponibili fornirebbe un vantaggio economico alle companies».
Pisupati aggiunge: «In questo studio preliminare, siamo stati in grado di estrarre molto facilmente lo 0,5% Rees utilizzando un metodo di scambio ionico di base in laboratorio. Siamo fiduciosi che possiamo aumentarlo al 2% attraverso metodi di scambio ionico avanzati».
I ricercatori statunitensi hanno utilizzato i sottoprodotti di carbone, alcuni dei quali vengono scartati o considerati rifiuti per la loro scarsa qualità. Trovare utilizzi diversi per le scorie carbonifere potrebbe rappresentare una boccata di ossigeno per un settore minerario messo in ginocchio dal petrolio e dal gas a basso prezzo e dal suo insostenibile impatto ambientale.
Nel loro studio, il team ha anche individuato anche i siti all'interno di un giacimento di carbone che contenevano la più alta quantità di Rees e Pisupati dice che «Spesso la più alta concentrazione si trova nel carbone di qualità più scarsa. Si possono trovare delle Rees anche nel carbone stesso, ma la più alta concentrazione è in quelli che chiamiamo il scisti di carbone, o lo strato superiore di un giacimento di carbone. Sapendo questo, possiamo ulteriormente indirizzare le nostre attività per renderle più efficienti».
Il team sta ora collaborando con diverse compagnie minerarie della Pennsylvania per esplorare la fattibilità di un'estrazione commerciale di terre rare. Bisognerà capire ora come gli ambientalisti prenderanno questa nuova possibilità di rivitalizzare un’industria che davano per morta.
