Miglioramento della biolisciviazione dell'uranio in ambienti salmastri tramite consorzio microbico usando modellazione e ottimizzazione basate su RSM

Perché l'acqua salata e i piccoli aiutanti contano

Man mano che il minerale di uranio di alta qualità diventa più difficile da trovare e l'acqua dolce scarseggia, le società minerarie cercano metodi più puliti e meno costosi per estrarre questo combustibile critico per l'energia nucleare. Un approccio promettente è lasciare che siano i microrganismi a fare il lavoro: alcuni batteri possono dissolvere lentamente i metalli dalla roccia in un processo chiamato biolisciviazione. C'è però una complicazione: questi microrganismi di norma non gradiscono l'acqua salata o salmastra, spesso l'unica disponibile nelle regioni minerarie aride. Questo studio esplora una soluzione intelligente: mettere insieme un batterio tollerante al sale e un lievito, così da poter estrarre congiuntamente l'uranio da minerale a bassa qualità in condizioni salmastre.

Lascare che i microrganismi scavino nella roccia

Invece di utilizzare alte temperature o sostanze chimiche aggressive, la biolisciviazione si basa su microrganismi che ricavano energia trasformando ferro e zolfo nel minerale. In tal modo creano un ambiente acido e ossidante che trasforma i minerali di uranio solidi in forme disciolte recuperabili dalla soluzione. I ricercatori hanno lavorato con un minerale di uranio a basso tenore proveniente dall'Iran centrale e hanno coltivato in laboratorio un batterio alotollerante al sale, Acidithiobacillus ferrooxidans ceppo THA4, in un medium contenente quantità controllate di sale, minerale frantumato e aria. Misurando con cura quanto uranio finiva nel liquido in diverse condizioni, hanno potuto valutare quanto efficacemente i microrganismi stavano "scavando" la roccia.

Testare acqua salata e carico di minerale

Una domanda chiave era quanto sale e materiale solido i batteri potessero sopportare prima che le loro prestazioni diminuissero. Usando un approccio statistico chiamato metodica della superficie di risposta (response surface methodology), il gruppo ha variato il livello di sale, la concentrazione del minerale (densità di polpa), il tempo di contatto e la quantità iniziale di batteri in dozzine di esperimenti. Hanno riscontrato che un aumento del sale e una maggiore quantità di minerale riducevano entrambi il recupero di uranio: il sale imponeva stress osmotico ai microrganismi, mentre le sospensioni dense limitavano l'ossigeno e rendevano più difficile per le cellule raggiungere le superfici minerali. Prolungare il tempo di lisciviazione aiutava fino a circa dieci giorni, dando ai batteri il tempo di crescere e produrre agenti ossidanti, ma oltre quel periodo le prestazioni calavano, probabilmente perché i nutrienti venivano esauriti e si accumulavano prodotti di scarto.

Aggiungere un partner per condizioni difficili

Per aumentare l'estrazione in acqua salmastra, i ricercatori hanno introdotto un secondo microbo: il lievito Rhodotorula toruloides ceppo IR-1395, capace di tollerare acidità e sale. Piuttosto che competere, le due specie svolgono ruoli differenti. Il batterio si nutre di ferro e zolfo inorganici e dipende dall'anidride carbonica, mentre il lievito usa materiale organico e rilascia anidride carbonica nella soluzione. Quando erano presenti entrambi in quantità accuratamente scelte, il sistema è diventato più robusto. La combinazione ottimizzata di batterio e lievito ha aumentato il recupero dell'uranio di circa il 24% rispetto al solo batterio nelle stesse condizioni saline, e la soluzione è diventata più ossidante e più acida—entrambi fattori favorevoli per la dissoluzione dell'uranio.

Osservare i microrganismi costruire comunità minerarie

Il gruppo ha anche utilizzato microscopia elettronica a scansione abbinata ad analisi elementare per osservare direttamente come gli organismi colonizzavano il minerale. Nel giro di pochi giorni hanno osservato singole cellule batteriche aderire ai granuli minerali. Dopo 16 giorni, i campioni con batterio e lievito insieme mostravano strati microbici densi—biofilm—che ricoprivano la roccia, insieme a croste minerali come la jarosite sulla superficie. Questi biofilm aiutano a mantenere le cellule in contatto stretto con il minerale, dove possono produrre continuamente sostanze che attaccano il minerale e mantengono l'uranio in soluzione. Le evidenze visive supportavano le misurazioni: il consorzio non solo sopravviveva ma rimodellava attivamente la superficie rocciosa nell'ambiente salmastro.

Cosa significa per il futuro del recupero dell'uranio

Nel complesso, lo studio dimostra che una collaborazione progettata con cura tra diversi microrganismi può superare uno dei principali ostacoli della biolisciviazione: la sensibilità al sale. Abbinando un batterio tollerante al sale con un lievito compatibile e usando strumenti statistici per perfezionare livello di sale, carico di minerale, dosi microbiche e tempi, i ricercatori hanno creato un sistema efficiente per la lisciviazione dell'uranio che funziona in acqua salmastra e su minerali a bassa qualità. Per il lettore non specialista, il messaggio è che organismi microscopici possono agire come minatori ecologici e che metterli insieme nel modo giusto può aiutare a recuperare metalli preziosi dove l'acqua pulita e i giacimenti ricchi non sono più disponibili.

Citazione: Shoja, M., Mohammadi, P., Tajer-Mohammad-Ghazvini, P. et al. Improved uranium bioleaching in brackish environments via microbial consortium using RSM based modelling and optimization. Sci Rep 16, 9697 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39700-3

Parole chiave: biolisciviazione, estrazione dell'uranio, acqua salina, consorzi microbici, biomining