La rivoluzione energetica passa dal riciclo delle terre (non proprio) rare

Durante la rivoluzione industriale il progresso era fatto d’acciaio, il ventesimo secolo era l’era di Mylar, Duraplex e le altre plastiche dai nomi creativi.

Oggigiorno, il progresso è fatto di elementi come neodimio e lantanio, che paiono usciti da un libro di fantascienza.

Questi ed altri elementi, chiamati terre rare, stanno in una di quelle righe appese un po’ così in fondo alle tavole periodiche. Grazie alla loro grande reattività, resistenza, ma anche alle loro proprietà elettriche e magnetiche, le terre rare hanno in mano le chiavi della rivoluzione delle energie rinnovabili.

Prendete ad esempio le turbine eoliche. Spinta dal vento, la turbina fa girare una bobina di metallo circondata da magneti. Muovendosi, la bobina genera una corrente al suo interno, come la dinamo di una bici. Più forti sono i magneti che le stanno attorno, più elettricità si può generare, e i magneti al neodimio (una terra rara) sono i più intensi in circolazione. In ciascun impianto eolico si trovano letteralmente tonnellate di neodimio.

Ma non finisce coi magneti: il lantanio è usato nelle batterie ricaricabili di molte auto ibride o elettriche, le lampade fluorescenti (“al neon”, per capirci) sono foderate di europio e itterbio, i dispositivi elettronici usano tutta una serie di questi elementi, e la lista continua.

Come suggerisce il nome, le terre rare si estraggono dal terreno ma, al contrario di quello che si può pensare, non sono affatto rare: sono più comuni—in numeri assoluti—dell’oro. Più che rare sono sparse, in piccole concentrazioni, un po’ dappertutto. Sulla spinta del grande interesse per queste materie prime, c’è un’attivissima caccia a nuovi depositi, dove è possibile trovarle (solitamente tute assieme) in concentrazioni un po’ più elevate.

Tuttavia, estrarre terre rare ha un impatto ambientale elevatissimo. Secondo Eric Schelter, professore di chimica alla University of Pennsylvania, queste operazioni consumano tantissima energia, e possono generare rifiuti tossici e radioattivi: “L’impatto complessivo dell’estrazione è peggiore per i minerali di terre rare che per altri—dice—sebbene cambi a seconda del tipo di minerale”.

Non sorprende, quindi, che i ricercatori cerchino anche soluzioni che non richiedano miniere. Ad esempio, estrarre i materiali dagli scarti di raffinamento di altri metalli, oppure dalla cenere delle centrali a carbone. O ancora, come ha proposto il gruppo del Prof. Schelter in uno studio, riciclarli. “Le materie prime nei nostri cellulari o auto elettriche hanno un enorme costo energetico ed ambientale, ma non si esauriscono: in linea di principio potrebbero essere usate indefinitamente”, dice.

Anche quando le ricicliamo, separare le terre rare dagli altri materiali non è ad impatto zero. Però, secondo il Prof. Schelter, ogni applicazione usa solo alcune specifiche terre rare per volta, così gli scienziati potrebbero sviluppare processi più semplici e mirati ad estrarre un elemento in particolare.

Il problema più importante, dice, è che riciclare è un lavoro molto costoso per un materiale relativamente economico: “I materiali estratti sono sempre economici: le nuove tecnologie (chimiche ed ingegneristiche) servono solo a rendere il riciclo più competitivo in termini di prezzi”.

Prima di poter annunciare una vera rivoluzione energetica, ce ne servirà una nella produzione di questi elementi preziosi, anche se non così rari.

 

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Foto copertina: Anna Jimenez Calaf/Unsplash.com

Olio accartocciato

Non sempre un foglio accartocciato va buttato. Un gruppo di ricercatori negli Stati Uniti usa palline accartocciate di grafene per migliorare l’olio per i motori.

“Ogni anno milioni di tonnellate di carburante finiscono sprecate per via dell’attrito”, dice Jiaxing Huang della Northwestern University. E questo nonostante usiamo l’olio per lubrificare il motore e ridurre l’attrito nei cilindri e in tutte le parti meccaniche, ma non bastano.

Huang e i suoi colleghi hanno aggiunto all’olio microscopiche palline di grafene. Questo materiale di solito forma sottili strati, da cui i ricercatori hanno ottenuto piccolissimi foglietti che hanno immerso in acqua. Facendo evaporare l’acqua, dice Huang “si genera una forza che accartoccia i foglietti in piccole palline, come quando noi accartocciamo un foglio con le mani”.

Il risultato sono piccoli cuscinetti a sfera che, nei test, hanno migliorato le prestazioni dei lubrificanti di circa il 15%.

L’effetto dipende molto poco dalla concentrazione di palline, perciò non serve neanche starci troppo attenti.

 

Foto copertina: A Crumpled Paper Ball, CC-BY Turinboy, via Flickr. Some rights reserved.

E se l’acqua non fosse arrivata?

Scienziati dell’Università di Glasgow pensano che l’acqua possa non essere mai arrivata qui. Piuttosto, la Terra si sarebbe tenuta quella che ha sempre avuto.

“Per capire da dove viene l’acqua in un corpo celeste, guardiamo ai diversi tipi di idrogeno che contiene.”, dice Lydia Hallis, che guida il progetto. Finora, ad esempio si erano confrontati l’acqua degli oceani con quella di comete ed asteroidi, che sembravano simili.

Analizzando microscopiche tracce d’acqua all’interno di rocce prodotte in un’eruzione vulcanica, però, i ricercatori hanno visto che l’acqua nel profondo della Terra è diversa sia da quella in superficie che da quella delle comete. “La composizione dell’acqua nel Sistema Solare primordiale è molto simile a quella che troviamo in queste rocce ora—aggiunge Hallis—perciò l’idrogeno in superficie è stato modificato”, probabilmente dall’atmosfera.

Se davvero i pianeti potessero nascere con l’acqua sopra, mondi simili al nostro potrebbero non essere così rari.

Foto: Przemysław Sakrajda/unsplash.com

 

 

Magneti da frigo

Per la prossima generazione di frigoriferi i magneti saranno molto più che decorativi. E questo li renderà molto meno inquinanti.

Usando alcune nuove leghe metalliche si potrebbe infatti produrre frigoriferi sfruttando il cosiddetto “effetto magnetocalorico“. Semplificando molto, il giusto materiale, sottoposto ad un campo magnetico variabile, può disperdere calore nell’ambiente più velocemente di quanto assorbe dall’interno del frigo, tenendolo fresco.

Le nuove leghe, realizzate al Rochester Institute of Technology, sono le prime che possono sfruttare l’effetto anche a temperatura ambiente. Questo apre le porte a tecnologie di refrigerazione che consumano meno elettricità e non usano gas inquinanti.

Nello studio, il lavoro di laboratorio si è intrecciato strettamente con la teoria. “Abbiamo potuto calcolare le proprietà di molti composti prima ancora che fossero prodotti”, dice Casey Miller, a capo del team. Lo studio teorico dei materiali è in grandissima espansione, che sta già facendo fare enormi passi avanti a molti campi: dall’elettronica alle auto ad idrogeno.

Foto: Fridge Magnets, CC-BY Sarnil Prasad, via Flickr. Some rights reserved.

La fusione può diventare competitiva

Da molti anni si parla di fusione nucleare, con cui potremmo produrre tantissima elettricità, in modo sicuro, pulito, senza scorie e pesando pochissimo sulle risorse del pianeta. Per ora costa troppo, ma presto questo potrebbe cambiare.

Generare le altissime temperature e i campi magnetici estremi necessari per la fusione, infatti, richede enormi energie e macchinari costosissimi. Questo ha fermato la tecnologia a reattori sperimentali (come ITER in Francia). Ma un recente studio stima che i moderni superconduttori potrebbero abbattere sensibilmente le richieste energetiche e i costi in pochi decenni. “Le nostre previsioni suggeriscono che la fusione non sarà enormemente più costosa della fissione“, ha dichiarato il Professor Damian Hampshire dell’Università di Durham, che ha coordinato la ricerca.

Intanto, altri gruppi di ricerca stanno tentando strade alternative (a volte bizzarre). In un modo o nell’altro, siamo sempre più vicini a realizzare il sogno della fusione.

Foto: CC-BY-NC, Nuclear Wetlands su James Marvin Phelps, via Flickr. Some rights reserved