Diversi ambiti tecnologici, tra i quali il settore delle telecomunicazioni e della transizione a sistemi di produzione e trasmissione di energia sostenibili dal punto di vista ambientale, sono strettamente legati alla disponibilità di materie prime che per diversi motivi vengono classificate come “critiche”. Alcuni degli esempi più comuni riguardano il litio, costituente essenziale delle batterie ricaricabili, alcuni elementi del gruppo delle Terre rare, come il samario e il gadolinio, impiegati per la produzione di magneti permanenti, che da sempre costituiscono il cuore dei motori elettrici.
A livello europeo il tema è ovviamente noto e particolarmente presidiato, tant’è che periodicamente la Commissione europea pubblica e aggiorna un documento che include e commenta una lista delle materie prime critiche. La consapevolezza di una fortissima dipendenza da fornitori esterni ha indotto l’Unione europea a introdurre tra i temi portanti dei programmi quadro di ricerca finanziata (come Horizon 2020, Horizon Europe), delle azioni che mirano a mitigare gli effetti di questo stato di cose, ristabilendo dei canali di accesso sicuro a questi materiali fondamentali.
In un passato relativamente recente, similmente a quanto avvenuto in diversi settori produttivi, in special modo industriali, l’Europa ha progressivamente dismesso l’attività estrattiva mineraria, che è alla base del procacciamento delle materie. Nel caso dell’industria mineraria in senso lato, la delocalizzazione dei siti estrattivi in aree del Terzo e Quarto Mondo è stata indotta oltre che dal minor costo della manodopera locale, anche dal forte impatto ambientale che queste attività tipicamente hanno, soprattutto se condotte in ambiti normativi non attenti a un’adeguata sicurezza per i lavoratori coinvolti e dei territori nei quali tali attività vengono impiantate.
Per recuperare competenze, mercati e risorse strategiche sono stati introdotti numerosi progetti di ricerca applicata, che creeranno un quadro di conoscenze che consenta lo sviluppo di politiche industriali coerenti con le principali strategie di approccio che verranno ritenute più efficaci e promettenti. In realtà, un importante e consolidato strumento per il recupero di materie prime è da individuarsi nel ciclo di determinate categorie di rifiuti sia industriali sia urbani. Un caso emblematico è legato alla catena di trattamento dei rifiuti derivanti dalla dismissione di apparecchiature elettriche ed elettroniche (i cosiddetti RAEE), una importante fonte di metalli quali rame, oro, argento che, essendo di elevatissima purezza, possono essere immessi nuovamente nei diversi cicli produttivi di interesse senza eccessivi dispendi di energia e di investimenti economici.
Il recupero e il riutilizzo di materiali a fine vita è sicuramente una delle vie più interessanti per affrontare il tema delle materie prime, che in tal caso si configurano come materie prime secondarie, avendo già avuto un utilizzo primario. La ricerca di materie effettivamente prime, con particolare riguardo per i materiali metallici, passa inevitabilmente da processi estrattivo-minerari. In tale ambito l’Unione europea e i singoli stati stanno predisponendo delle progettualità per la valutazione della opportunità sia economica, sia sociale, di preservare o riprendere attività minerarie ritenute strategiche. Tale prospettiva non può peraltro prescindere da un’attenta valutazione degli impatti ambientali di tali processi che dovranno essere tali da garantire un’effettiva sostenibilità. Queste ricerche hanno portato, a livello delle singole nazioni del Continente, a proporre la riapertura di siti dismessi o di parchi minerari nei quali in passato venivano accumulate scorie di processi estrattivi di varia natura. La riapertura di siti di interesse minerario, già attivi, seppure in passato, viene considerata con una certa attenzione. Infatti, in generale le tecnologie attuali consentono di trattare efficacemente sia cariche minerali un tempo ritenute sterili sia quelle con concentrazioni di metalli che erano troppo basse per garantire un processo effettivamente redditizio. Inoltre, le tipologie mineralogiche interessanti in prima istanza per determinate specie metalliche possono essere associate a particolari elementi, quali quelli delle Terre rare, che non ricoprivano il ruolo strategico fondamentale come accade oggi e che dunque venivano semplicemente trascurati dalle attività di estrazione mineraria di una volta.
In tale contesto internazionale si inserisce la ricerca del nostro gruppo, attivo al Dipartimento di Ingegneria industriale. In collaborazione con alcuni colleghi del Dipartimento di Fisica, da vari anni operiamo all’interno di progetti europei (*), dei quali uno tuttora attivo, che hanno quale fine principale lo sviluppo di tecnologie e metodi di esplorazione mineraria esperta. Per verificare l’effettiva redditività di un giacimento, campioni di carotaggi estratti da opportune profondità vengono analizzati in maniera combinata con tecniche di analisi tipiche della scienza dei materiali, capaci di fornire in tempi assai ridotti, rispetto a quelli richiesti da metodi di indagine tradizionali, dei risultati estremamente affidabili, prerequisito per una efficace prospettiva decisionale.
Quale valore aggiunto di tali ricerche, è stato dimostrata l’efficacia di questi strumenti di analisi combinata e relativi metodi di elaborazione dei dati sperimentali nella caratterizzazione e determinazione di livelli di inquinamento derivanti da impianti industriali, successivamente dismessi, di terreni e contesti territoriali di varia natura.
(*)
- Sonic Drilling coupled with Automated Mineralogy and chemistry On-Line-On-Mine-Real-Time SOLSA (H2020)
- The Sonic On-Line Sampling & Analysis Expert System SOLSA Dem’Up (EIT – KIC Raw Materials)