Formazione di uranio pentavalente e tetravalente tramite batteri stimolati con glicerolo nelle acque di miniera

Perché l'uranio sotterraneo conta nella vita di tutti i giorni

In tutto il mondo, vecchie miniere di uranio continuano a far filtrare tracce di questo metallo radioattivo nelle acque sotterranee. Anche a bassi livelli, l'uranio può minacciare le forniture di acqua potabile e gli ecosistemi, e la sua rimozione è costosa e richiede tempi lunghi. Questo studio esplora un'alternativa interessante: lasciare che i microrganismi presenti naturalmente nelle acque di miniera, aiutati da un sottoprodotto industriale chiamato glicerolo, imprigionino l'uranio in particelle minute e stabili così che non possa più muoversi liberamente nell'ambiente.

Trasformare un rifiuto in un aiuto per la bonifica

I ricercatori hanno lavorato con acque provenienti da una ex miniera di uranio in Germania che contiene ancora più uranio di quanto consentito dalle normative. Invece di affidarsi solamente ai trattamenti chimici, hanno preparato bottiglie sigillate piene di acqua di miniera e hanno aggiunto glicerolo, un sottoprodotto economico e abbondante della produzione di biodiesel. Il glicerolo funge da nutrimento per alcuni microrganismi. Mentre questi lo degradano, modificano l'equilibrio chimico dell'acqua, facendola passare da condizioni ricche di ossigeno a condizioni fortemente povere di ossigeno. Nel corso di 130 giorni, questo cambiamento ha permesso alla comunità microbica di rimuovere fino al 96% dell'uranio disciolto nell'acqua.

I microrganismi rimodellano l'uranio nell'oscurità

In queste condizioni a basso contenuto di ossigeno, diversi gruppi di batteri sono fioriti. I microrganismi fermentanti hanno usato il glicerolo per produrre piccole molecole organiche e idrogeno gassoso, che a loro volta hanno alimentato batteri riducenti i solfati e i metalli. Questi ultimi gruppi sono noti per utilizzare metalli come l'uranio come parte del loro metabolismo energetico. Facendo ciò, l'uranio disciolto nella sua forma altamente mobile si è trasformato in particelle solide che si sono agglutinate alle superfici cellulari e sono precipitate verso il fondo. Allo stesso tempo, anche altre sostanze disciolte come ferro, solfato e arsenico sono diminuite, rivelando una vasta rimodellazione della chimica dell'acqua di miniera guidata dall'attività microbica.

Microcristalli e uno stato intermedio sorprendente

Per scoprire esattamente quali forme di uranio si erano generate, il team si è rivolto a potenti tecniche a raggi X presso un impianto sincrotrone e alla microscopia elettronica ad alta risoluzione. Hanno scoperto che la maggior parte dell'uranio era stata ridotta in una forma meno solubile che si è assemblata in cristalli di dimensioni nanometriche di un minerale noto come uraninite. Questi cristalli erano larghi solo pochi miliardesimi di metro e tendevano a raggrupparsi sulle superfici esterne delle cellule batteriche. Più sorprendentemente, una frazione sostanziale dell'uranio esisteva in uno stato chimico intermedio, tra le consuete forme “alte” e “basse”. Questo stato intermedio si presentava sia come complessi disciolti legati al carbonato nell'acqua sia come particelle solide in cui l'uranio era strettamente associato al ferro in un minerale misto noto come FeUO₄.

Stabilità di fronte al ritorno dell'ossigeno

Qualsiasi strategia di bonifica applicabile sul campo deve resistere a condizioni variabili, incluso il ritorno dell'ossigeno che può ri‑mobilizzare i metalli. I ricercatori hanno quindi esposto alcune delle particelle contenenti uranio all'aria per quattro settimane. Come previsto, una parte dei cristalli di uraninite si è riossidata tornando verso forme più mobili di uranio. Tuttavia, le particelle miste ferro‑uranio e lo stato intermedio dell'uranio sono rimaste sorprendentemente stabili e, nei campioni ossidati, questo stato intermedio è persino diventato la forma dominante. Ciò suggerisce che i minerali ferro‑uranio costruiti dai microrganismi possono agire da tampone: anche se una parte dell'uranio più ridotto viene riossidata, gran parte resta bloccata in una forma intermedia meno mobile invece di ritornare completamente in soluzione.

Cosa significa per la bonifica delle vecchie miniere

Per i non specialisti, il messaggio chiave è che il semplice atto di alimentare i microbi presenti nelle acque di miniera con un prodotto di scarto poco costoso può innescare una cascata di processi naturali che immobilizzano l'uranio in solidi minuti e stabili. È fondamentale che lo studio dimostri che l'uranio non passa soltanto da uno stato mobile a uno immobile, ma può stabilizzarsi in un sorprendente «terreno di mezzo» persistente che ne impedisce la dispersione. Rivelando come comunità microbiche, minerali di ferro e uranio interagiscano nell'arco di mesi in condizioni realistiche di acque di miniera, questo lavoro indica strategie più sostenibili per gestire siti contaminati e potrebbe contribuire a ridurre il tempo durante il quale è necessario un costoso trattamento attivo delle acque.

Citazione: Newman-Portela, A.M., Kvashnina, K.O., Bazarkina, E.F. et al. Pentavalent and tetravalent uranium formation via glycerol-stimulated bacteria in mine water. Nat Commun 17, 4030 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-72560-z

Parole chiave: bonifica biologica dell'uranio, acque di miniera, riduzione microbica dei metalli, stimolazione con glicerolo, bonifica ambientale dei radionuclidi