L’urban mining (o “miniera urbana”) è il processo di recupero e riciclo di materiali preziosi e risorse da prodotti, edifici e infrastrutture dismesse nelle aree urbane. Questo metodo si basa sul concetto che la città stessa, con tutti i suoi materiali costruiti e accumulati nel tempo, possa essere considerata una sorta di “miniera” da cui estrarre risorse utili, senza dover fare ricorso a nuove estrazioni dalle risorse naturali. Tra i materiali recuperati attraverso l’urban mining vi sono metalli rari, plastica, vetro, legno e componenti elettronici, che possono essere riutilizzati o riciclati per ridurre l’impatto ambientale e risparmiare risorse naturali.
Storia e contesto
Il concetto di urban mining ha cominciato a prendere piede negli ultimi decenni, parallelamente all’aumento delle preoccupazioni per la sostenibilità ambientale e per la scarsità di risorse naturali. Nei paesi industrializzati, la crescente attenzione alla riduzione dei rifiuti e al riciclo ha stimolato iniziative di recupero su larga scala, specialmente nei settori delle costruzioni, dell’elettronica e degli elettrodomestici. Le città moderne, infatti, concentrano un’enorme quantità di risorse che, anziché diventare rifiuti, possono essere reintrodotte nel ciclo produttivo attraverso processi di smontaggio e separazione dei materiali.
Vantaggi dell’urban mining
- Riduzione dell’Impatto Ambientale: L’urban mining riduce la necessità di estrarre nuove materie prime, limitando l’impatto ambientale associato alle attività minerarie tradizionali, come la deforestazione, l’erosione del suolo e la contaminazione dell’acqua.
- Risparmio Energetico: Il riciclo dei materiali richiede generalmente meno energia rispetto alla produzione primaria. Ad esempio, il recupero dell’alluminio da materiali riciclati consuma circa il 95% in meno di energia rispetto alla produzione dall’estrazione di bauxite.
- Riduzione dei Rifiuti: Il recupero dei materiali dagli oggetti dismessi riduce la quantità di rifiuti che finiscono in discarica, contribuendo a risolvere il problema dell’eccesso di rifiuti urbani.
- Recupero di Metalli Rari: Molti dispositivi elettronici, come smartphone e computer, contengono metalli rari e preziosi, come l’oro, il palladio e il cobalto. L’urban mining permette di recuperare questi materiali, essenziali per l’industria tecnologica, riducendo la dipendenza da forniture estere.
Principali applicazioni
- E-Waste (Rifiuti Elettronici): È uno dei settori più rilevanti per l’urban mining. I rifiuti elettronici contengono componenti preziosi e possono essere smontati per recuperare metalli come oro, argento, rame e materiali rari.
- Settore delle Costruzioni: Il recupero dei materiali da edifici demoliti (come acciaio, rame, alluminio e cemento) è una pratica diffusa per il riutilizzo in nuovi progetti edilizi.
- Veicoli e Mezzi di Trasporto: Anche automobili, autobus e treni dismessi rappresentano una fonte di materiali riciclabili, come metalli, plastica e gomma.
- Infrastrutture: In città, infrastrutture come ponti, cavi e reti idriche possono diventare fonti di materiali utili una volta dismesse.
Sfide dell’urban mining
Nonostante i vantaggi, l’urban mining affronta anche numerose sfide, tra cui:
- Complessità del Recupero: Separare e trattare i materiali da prodotti complessi, come gli apparecchi elettronici, richiede tecnologie avanzate e processi specifici.
- Costo: In alcuni casi, i costi di recupero e riciclo possono superare il valore economico dei materiali estratti, rendendo meno conveniente l’operazione.
- Normative e Infrastrutture Insufficienti: In molti paesi, mancano regolamenti e infrastrutture adeguate per gestire il recupero e il riciclo su larga scala.
Prospettive future
L’urban mining rappresenta un settore in crescita, spinto da innovazioni tecnologiche che rendono sempre più efficiente il processo di recupero. Tecnologie come l’intelligenza artificiale, la robotica e la selezione automatica dei materiali stanno migliorando la capacità di separazione e riciclo, riducendo i costi e aumentando la qualità dei materiali recuperati. Inoltre, con la crescente consapevolezza ambientale e la pressione politica per ridurre le emissioni e i rifiuti, l’urban mining è destinato a diventare una componente sempre più fondamentale di un’economia circolare sostenibile.
Materiali compositi a base di grafene e chitosano: la nuova frontiera per estrarre oro dai rifiuti elettronici
Ulteriori informazioni: Kou Yang et al, Graphene/chitosan nanoreactors for ultrafast and precise recovery and catalytic conversion of gold from electronic waste, Proceedings of the National Academy of Sciences (2024). DOI: https://dx.doi.org/10.1073/pnas.2414449121
La gestione dei rifiuti elettronici rappresenta una delle sfide ambientali e industriali più rilevanti del nostro tempo. Oltre alla produzione di inquinanti, questi scarti contengono materiali preziosi come oro, argento e platino, la cui estrazione può contribuire a mitigare i costi di approvvigionamento e ridurre la dipendenza dalle miniere tradizionali. Tuttavia, i metodi di estrazione dei metalli preziosi dai rifiuti elettronici sono spesso inefficienti, costosi e generano sostanze tossiche. Per risolvere questo problema, un team internazionale di chimici e scienziati dei materiali dell’Università Nazionale di Singapore, dell’Università di Manchester (UK) e della Guangdong University of Technology (Cina) ha sviluppato un nuovo tipo di spugna composta da ossido di grafene e chitosano, che permette di estrarre in modo ecocompatibile e con un’efficienza straordinaria l’oro presente nei rifiuti elettronici.
Composizione e struttura innovativa: il ruolo del grafene e del chitosano
La spugna creata dal team si basa su un innovativo composito di ossido di grafene e chitosano, due materiali selezionati appositamente per le loro capacità di interagire chimicamente con gli ioni d’oro. Il grafene, noto per le sue proprietà fisiche eccezionali e la sua capacità di adsorbire ioni, permette di creare una struttura estremamente porosa e leggera, mentre il chitosano, un biopolimero naturale ottenuto principalmente da scarti di crostacei, funge da agente riducente. Questo biopolimero non solo aiuta a trattenere gli ioni d’oro sulla superficie del grafene, ma li converte anche dalla forma ionica a quella solida, rendendo più facile la raccolta dell’oro.
Il processo di fabbricazione della spugna prevede l’auto-assemblaggio del chitosano sui fiocchi bidimensionali di grafene. Questa disposizione strutturale aumenta significativamente i siti di adsorbimento per gli ioni d’oro, facilitando la loro cattura e trasformazione. Quando gli ioni d’oro vengono assorbiti dalla struttura del grafene, il chitosano catalizza la loro conversione in oro metallico solido. Il risultato è un materiale con una capacità di estrazione degli ioni d’oro circa dieci volte superiore a quella dei metodi attualmente disponibili.
Test pratici e risultati: un metodo di recupero sostenibile
Il team ha testato la spugna di grafene e chitosano su rifiuti elettronici reali forniti da un’azienda specializzata nel riciclo. I rifiuti sono stati trattati sotto forma di una soluzione liquida contenente polveri di materiali triturati. In condizioni di laboratorio, il contenuto di oro in questa soluzione misurava circa 3 ppm (parti per milione) prima dell’intervento della spugna. Nei test, la spugna ha dimostrato la capacità di adsorbire fino a 17 g di ioni Au3+ per grammo di materiale e poco più di 6 g di ioni Au+. Questo risultato rappresenta un salto significativo in termini di efficienza di recupero dell’oro, superando di circa dieci volte la capacità degli attuali processi di estrazione e offrendo una soluzione più sostenibile e meno inquinante.
Potenziali applicazioni e sviluppi futuri
L’innovazione proposta dal team ha il potenziale per rivoluzionare il settore del riciclo dei metalli preziosi. Grazie alla sua alta efficienza e al ridotto impatto ambientale, la spugna di grafene e chitosano potrebbe trovare applicazione non solo nel trattamento dei rifiuti elettronici, ma anche in altri settori dove è richiesto il recupero selettivo di metalli preziosi. Un’ulteriore ottimizzazione del processo produttivo potrebbe inoltre renderla accessibile su larga scala, portando benefici ambientali significativi riducendo il volume di rifiuti e limitando la dispersione di inquinanti.
La ricerca pubblicata nei Proceedings of the National Academy of Sciences offre un esempio di come la chimica dei materiali e l’ingegneria possano unire le forze per affrontare alcune delle sfide ambientali più pressanti del nostro tempo.