Minatori silenziosi

Piante per il recupero industriale
di metalli

Enrica Roccotiello

Dipartimento di Scienze della Terra, dell'Ambiente e della Vita, Università degli Studi di Genova
enrica.roccotiello@unige.it

In un famosissimo cartone di animazione degli anni ’80, Hayao Miyazaki affidava alla protagonista Nausicaä della Valle del Vento la capacità di studiare affascinata la giungla tossica che cresceva in un’avveniristica realtà post-apocalittica. La protagonista scopriva poi come tale foresta in realtà non facesse altro che captare e depurare il suolo contaminato dalle ingenti attività antropiche preesistenti. 

In realtà negli anni ’70 questo fenomeno era già noto grazie a un gruppo di appassionati botanici che misero a sistema numerose osservazioni relative alle metallofite (piante metallo-tolleranti), in grado di crescere su suoli incredibilmente ricchi di metalli, tali da determinare la tossicità in qualunque altro organismo non ben adattato a vivere in quei contesti. 

Tuttavia, tali piante erano già note fin dall’antichità, quando venivano impiegate per individuare giacimenti minerari, come citato da Georg Agricola nel De Re Metallica (1556). L’uso delle piante come indicatrici di giacimenti rappresenta, peraltro, una pratica attualmente presente nel cosiddetto Zambian copperbelt; la cintura di depositi di rame dell’Africa centrale dove Lamiacee, comunemente chiamate copper flower, quali ad esempio Ocimum centraliafricanum, sono utilizzate proprio per l’individuazione di giacimenti di rame (Fig.1).

Iperaccumulatori, phytoremediation e phytomining

Ma c’è di più. Alcune di queste metallofite, oltre a tollerare concentrazioni tossiche di elementi quali Cobalto, Cromo, Nichel, Rame, Oro, Argento, Manganese, Zinco, terre rare ecc., sono anche in grado di spostare attivamente tali elementi dal suolo alle porzioni epigee, concentrandoli nella frazione mietibile.

L’impiego di tali specie vegetali, note come iperaccumulatori, in siti contaminati da metalli, ha consentito la messa a punto di numerose tecniche di bonifica, meglio note come phytoremediation, che consentono un miglioramento delle condizioni dei substrati contaminati con recupero di metalli dal suolo. Tuttavia, nel rapporto costi-benefici, tale pratica, pur risultando sostenibile e piuttosto efficace, è lenta e a fine ciclo richiede comunque lo smaltimento della biomassa secca come rifiuto speciale. Da qui l’idea di impiegare questa pratica per il recupero di metalli che abbiano un valore economico per l’industria. Ecco allora nascere il phytomining, dove la fitoestrazione e la concentrazione alla frazione mietibile avvengono per metalli di interesse economico e industriale quali Oro, Argento, Nichel, per citarne solo alcuni, che possono essere captati da scarti di lavorazione industriale e materiali di risulta di attività estrattive. L’incenerimento della biomassa secca a elevatissime temperature consente l’arricchimento di metalli nelle ceneri, che diventano un vero e proprio biominerale e possono essere impiegate nelle più svariate applicazioni industriali come materie prime seconde. Senza contare che alcune specie impiegate per il phytomining posso essere utilizzate al posto di combustibili fossili consentendo la produzione di energia, oltre che il recupero di metalli dalle ceneri.

Il ruolo del microbiota rizosferico

Aspetto altrettanto cruciale è rivestito dalla fase di captazione dei metalli dal suolo, che richiede alcuni processi specifici che avvengono a livello di apparato radicale e rizosfera. In tale contesto, l’impiego di un pool di microorganismi batterici e fungini può giocare un ruolo chiave sia nell’alleviare lo stress da metallo sia nell’aumentare la captazione dello stesso da parte della pianta, con una partita che si gioca a tanti livelli e con diversi regni, dal suolo alla foglia (1). Non verrà esplorato in dettaglio questo affascinante aspetto delle interazioni pianta-suolo, ma basti sapere che il microbiota rizosferico è un elemento chiave su diversi livelli e compare in numerosi aspetti di progetti strategici per l’agricoltura, l’uso del suolo, la riduzione dei pesticidi e dei fertilizzanti, e il miglioramento delle colture.

Una nuova filiera con prospettive interessanti

Nei primi decenni del XXI secolo una nuova frontiera del mining si è delineata come decisiva, in conseguenza di una crescente richiesta di metalli considerati “critici” e cruciali da parte dell’industria, in considerazione della diminuzione delle risorse e di diversi fattori geopolitici. In parallelo, il crescente sfruttamento dei suoli e la loro contaminazione in relazione a una crescente attività antropica hanno complicato il panorama internazionale complessivo per quanto riguarda l’uso di terreni per la produzione agricola. A questo si aggiungono fattori avversi determinati da condizioni naturali, legati ad esempio, in alcune parti del globo, alla presenza di una roccia madre naturalmente ricca di metalli a concentrazioni ecotossiche e pertanto difficilmente coltivabile o poco fertile. Perché allora non applicare questa metodologia a suoli agricoli presenti su terreni metalliferi, o contaminati, ma potenzialmente coltivabili? La messa a sistema di queste applicazioni di bonifica ha dunque inaugurato il filone dell’agromining, che ha come duplice finalità sia il recupero di elementi di interesse industriale, sia la rifunzionalizzazione di suoli agricoli per aumentarne la fertilità e di conseguenza la produttività riducendo gli input di fertilizzanti (2). In pratica si tratta di coltivare in modo sequenziale piante iperaccumulatrici su suoli agricoli, con elevate concentrazioni di metalli per renderli maggiormente fruibili dall’agricoltura tradizionale; a seguire, i suoli vengono normalmente coltivati con colture di interesse alimentare. Tale pratica si inserisce in un contesto ormai fortemente condizionato dal cambiamento climatico e di un sistema agroalimentare volto a una produzione massiva di alimenti, dove l’accumulo di metalli nelle parti eduli delle piante è da evitare in modo categorico. Lo stesso dicasi per le piante che vengono poi impiegate per la produzione di fitoterapici o nutraceutici. Se anche in questo caso l’impatto dell’agromining non è nullo, tuttavia i benefici derivanti risultano numerosi: ad esempio la possibilità di maggior impiego dei terreni, e di conseguenza di occupazione, per le comunità rurali, specialmente nei Paesi in via di sviluppo; l’attrattività economica per l’industria; l’aumento della fertilità dei suoli e di conseguenza la miglior produzione di vegetali. Questa metodologia è di interesse strategico, se si pensa che nel mondo esistono circa 700 specie di piante iperaccumulatrici, decine delle quali decisamente promettenti per i raccolti “metallici” sia nel nostro emisfero (ad esempio Brassicacee come Noccaea caerulescens od Odontarrhena chalcidica, anche nota come Alyssum murale – Fig.2) sia nell’emisfero australe, che vanta diverse piante a portamento arbustivo come il Phyllanthus balgooyi (Fig.3) o addirittura arboree come la Pycnandra acuminata (Fig.4), in grado di contenere nelle propria biomassa secca rispettivamente il 10 e il 25% di Nichel. La possibilità di impiegare questi minatori vegetali ha grandi potenzialità applicative se si considera la possibile creazione di una filiera che consenta poi l’essicazione, l’incenerimento e il recupero dal biominerale così generato di elementi utili attraverso le normali tecniche estrattive idrometallurgiche. 

E le applicazioni? Oltre ai metalli preziosi quali Oro e Argento, anche altri come il Nichel hanno un interesse economico legato all’impiego di questo metallo nelle batterie e nella produzione di acciaio. Inoltre, le applicazioni potrebbero essere ulteriori se si pensa alla produzione di integratori alimentari a base, ad esempio, di Selenio o Zinco, solo per citarne alcuni. 

Resta una filiera appena iniziata e tutta da costruire, si vedano ad esempio i progetti Agromine e Agronickel (3,4) (Fig.5), ma in potenziale rapida espansione, con una legislazione che dovrà gestire e in parte adeguarsi a queste tecnologie emergenti.

Gallery
Bibliografia

1. Rosatto S, Cecchi G, Roccotiello E et al (2021) Frenemies: Interactions between Rhizospheric Bacteria and Fungi from Metalliferous Soils.
Life 11(4): 273
2. Van der Ent A, Baker AJM, Echevarria G et al (2018) Agromining: Farming for Metals. Extracting Unconventional Resources Using Plants.
Springer, Cham, p.312
3. Agronickel ERA NET FACCE surplus, projects.au.dk/faccesurplus/research-projects-1st-call/agronickel/
4. LIFE Agromine Project, Life Environment 2015, LIFE15 ENV/FR/000512, www.life-agromine.com
5. www.earth.com/plant-encyclopedia

Cristina Danna

Cristina Danna, biologa, è dottoranda per il corso in Scienze e Tecnologie per l’Ambiente e il Territorio (STAT), curriculum Biologia applicata all’Agricoltura e all’Ambiente, presso l’Università di Genova. Precedentemente laureata con laurea magistrale in Monitoraggio Biologico (UniGe), e inoltre diplomata con percorso formativo livello magistrale indirizzo Scienze e Tecnologie della Sostenibilità (IANUA-ISSUGE), è membro della Società italiana di Fitoterapia (S.I.Fit.) e della Società Botanica Italiana (S.B.I.). Campi di Interesse: Etnobotanica, Sviluppo sostenibile, Economia circolare, Permacultura.

Minatori silenziosi
Figura 1

Ocimum centraliafricanum, Copper flower, indicatore di giacimenti di rame (5)