Così l’ETH ha trovato un metodo efficiente per ricavare rare-earth metals dalla polvere fluorescente di vecchie lampade a risparmio energetico

I ricercatori del Politecnico di Zurigo hanno trovato il modo per estrarre europio dalla polvere fluorescente delle lampade a risparmio energetico, che ne contengono una quantità molto più alta rispetto a quella riscontrata nei minerali. Questo nuovo sistema permette di recuperare in maniera sorprendentemente semplice l’europio, il più reattivo tra gli elementi delle terre rare, da miscele complesse che includono altri metalli, aprendo la strada al riciclo di queste materie prime sempre più cruciali.

In particolare, i rifiuti elettronici rappresentano una fonte importante e ancora poco sfruttata di terre rare e, secondo gli scienziati, potrebbero servire da “miniera urbana” di REE per i Paesi che non dispongono di riserve minerali o che non hanno intenzione di procedere con l’estrazione dei preziosi metalli.

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Terre rare: serve un’alternativa all’estrazione dai minerali

I 17 metalli inclusi nel gruppo delle Terre Rare (Rare Earth Elements, o Rare Earth Metals) non sono in realtà così rari sulla Terra. Al contrario si trovano in quantità piuttosto abbondanti sul nostro pianeta, ma la loro disponibilità è limitata da diversi fattori, primo fra tutti il livello di concentrazione in contesti naturali, spesso inferiore al 5 per cento del peso dei minerali estratti.

L’estrazione delle terre rare da minerali e argille lateritiche è inoltre costosa, dispendiosa (anche in termini di tempo) ed estremamente dannosa per l’ambiente. Questi elementi, spiegano gli scienziati, si trovano sempre in forma composta nei minerali naturali, ma poiché sono molto simili da un punto di vista chimico, sono anche molto difficili da separare.

Eppure sembra che la richiesta di terre rare non potrà che crescere negli anni a venire: questi 17 metalli sono materie prime essenziali per la digitalizzazione e la transizione energetica. Si trovano negli smartphone, negli schermi, nelle batterie, nei computer e nei motori dei veicoli elettrici, nei superconduttori e nella fibra ottica, e in alcuni casi non esistono (ancora) alternative conosciute all’europio, al cerio o agli altri elementi delle terre rare.

“I metalli delle terre rare non vengono quasi mai riciclati in Europa”, spiega Victor Mougel, professore presso il Laboratorio di Chimica Inorganica del Politecnico di Zurigo. Mougel è alla guida di un team di ricercatori che vuole cambiare questa situazione: “C’è un urgente bisogno di metodi sostenibili e non complicati per separare e recuperare queste materie prime strategiche da varie fonti”, spiega il chimico.

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Come estrarre europio da una comunissima lampadina

In uno studio recentemente pubblicato su “Nature Communication“, il team del dottor Mougel presenta un metodo sorprendentemente semplice per separare e recuperare europio, un lantanoide utilizzato per produrre i fosfori rossi dei televisori e gli inchiostri speciali delle banconote, da miscele complesse che includono altre terre rare.

Come spiega Marie Perrin, dottoranda del gruppo di Victor Mougel e prima autrice dello studio, “i metodi di separazione esistenti si basano su centinaia di passaggi di estrazione liquido-liquido e sono inefficienti, perciò il riciclo dell’europio è stato finora impraticabile”.

Il nuovo studio, però, dimostra che un semplice reagente inorganico può migliorare questo processo in maniera significativa, rendendolo estremamente semplice. “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 nuova tecnica risiede nei tetratiometallati, piccole molecole inorganiche (con quattro atomi di zolfo intorno al tungsteno o al molibdeno) che fungono da sito di legame per i metalli negli enzimi naturali e che sono utilizzate come sostanze attive contro il cancro e i disturbi del metabolismo del rame. Le loro proprietà redox, infatti, aiutano a ridurre l’europio al suo insolito stato bivalente, facilitandone la separazione dagli altri metalli trivalenti.

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“Miniera urbana” per riciclare i metalli delle terre rare

La cosa straordinaria del nuovo processo di estrazione dell’europio è che avviene letteralmente a partire dalle lampade fluorescenti usate non preventivamente trattate. Gli ingredienti di partenza per il procedimento, infatti, sono la polvere di fosforo della lampada e un estrattore redox (gli anioni di tetratiotungstato), che permette di separare l’europio.

“Il principio è così efficiente e robusto che possiamo applicarlo direttamente alle lampade fluorescenti usate senza le consuete fasi di pretrattamento”, spiega Mougel. Senza contare il fatto che questo sistema aprirebbe a nuove possibilità per quanto riguarda il riciclo di rifiuti elettronici, la cui produzione supererà gli 80 milioni di tonnellate metriche entro il 2030.

Gli e-waste, spiegano gli scienziati, sono una fonte importante di terre rare ancora poco sfruttata: “Se si sfruttasse questa fonte, i rifiuti di lampade che attualmente la Svizzera invia all’estero per essere smaltiti in discarica potrebbero essere riciclati qui in Svizzera”, spiega Mougels.

In questo modo, i rifiuti delle lampade potrebbero servire come miniera urbana di europio e rendere la Svizzera meno dipendente dalle importazioni. Tra l’altro, il tasso di recupero degli elementi delle terre rare nell’UE è ancora inferiore all’1 per cento, e il contenuto di metalli di terre rare nelle lampade fluorescenti a basso costo è circa 17 volte superiore a quello dei minerali naturali.

I ricercatori hanno già 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 vuole sviluppare la start-up dopo il proprio dottorato e lavorare sul riciclo dei metalli delle terre rare nella pratica.

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Il riciclo delle terre rare dalle vecchie lampadine al Politecnico Federale di Zurigo