Piante filosofali, che trasformano le foglie in oro – Parte Seconda

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bdm_02apr_h1Phytomining: piante, a lavorare in miniera! Oro a parte, la capacità vegetale di assorbire e accumulare metalli più o meno preziosi può costituire una risorsa anche nell’estrazione di altri elementi pregiati da suoli non più sfruttabili commercialmente (phytomining) o per ridurre il contenuto di alcuni metalli pesanti in terreni contaminati da attività minerarie o industriali (phytoremediation). Prendiamo ad esempio il residuo delle attività estrattive, accumulato in grandi quantità in prossimità di miniere estinte o ancora attive e spesso contenente residui di metalli di valore, solo troppo poco concentrati per essere estratti con profitto tramite sistemi convenzionali. Se ci fosse della manodopera a basso costo disposta a fare il lavoro sporco, come una pianta abbastanza efficiente nell’accumulare e abbastanza rapida nella crescita, si potrebbe ipotizzare un business. Negli ultimi anni diversi ci hanno provato, estendendo la valutazione dall’oro ad altri metalli preziosi. L’idea è quella di far crescere piante più efficaci dell’eucalipto sul terriccio di riporto di attività estrattive, sfalciare, calcinare la biomassa ed estrarre i metalli dalle ceneri rimaste, creando giardini delle Esperidi meno mitologici e più redditizi. Il gioco, per funzionare, ha bisogno di mettere a uno stesso tavolo economisti, ingegneri e biologi e pare che in alcuni casi e con alcune condizioni precise di contorno possa valere la candela.

Che aResearchBlogging.orglcune specie vegetali siano in grado di accumulare “grosse” quantità di elementi non è una novità, ma un dato di fatto verificato immediatamente dopo la messa a punto di metodi abbastanza sensibili per la misurazione dei metalli. Queste specie sono definite “iperacculumatrici” in quanto capaci di trattenere metalli pesanti fino a circa 100-1000 volte in più rispetto alla norma vegetale. Fino a qualche decennio fa le scoperte in merito venivano rubricate tra le curiosità scientifiche o tra le stranezze naturali e solo successivamente l’attenzione si è spostata nell’ambito ecologico: quasi sempre si tratta di splendidi esempi di adattamenti evolutivi a nicchie ecologiche particolari, come le rocce laviche, i sepentini, i terreni di risulta di operazioni minerarie, i suoli inabitabili per altre piante. Il termine “accumulo”, qui usato per semplificare, nasconde un’infinità di meccanismi e soluzioni biologiche e fitochimiche. Le specie in questione si sono evolute per resistere a grandi quantità di metalli pesanti là dove affondano le radici, addirittura riuscendo ad usarli per altri scopi, e presentano enormi vantaggi competitivi rispetto a quelle “normali”. Proprio indagando su suoli naturalmente inospitali come i residui lavici o le cosiddette rocce ultramafiche come i serpentini si sono scoperte le iperaccumulatrici più interessanti per l’industria estrattiva, a confronto delle quali Eucalyptus marginata fa la figura del minatore principiante. Piante poco note come Thlaspi caerulescens (circa 3 mg di cadmio ogni kg biomassa secca), Haumaniastrum robertii (circa 10 mg/Kg di cobalto), Alyssum bertolonii, Berkheya coddii e Rinorea niccolifera (rispettivamente circa 13, 17 e 18 mg/Kg di nickel), Iberis intermedia (circa 3 mg/Kg di tallio), Atriplex confertifolia (circa 0,1 mg/Kg di uranio), Astragalus pattersoni (circa 6 mg/Kg di selenio), Macadamia neutrophylla (circa 55 mg/Kg di manganese), Viola calaminaria (circa 11 mg/Kg di zinco) e la felce Pteris vittata (circa 22 mg/Kg di arsenico) sono le più abili e quindi variamente candidate come phytominers. Chi ha fatto i conti conclude però che per rendere vantaggiose queste operazioni estrattive devono essere verificate alcune condizioni economiche e di resa che includono: un prezzo del metallo estratto sufficientemente alto, la scelta di una specie vegetale perfettamente adattata al clima, possibilmente perenne per abbassare i costi di semina e capace di produrre molta biomassa per ettaro, nonché l’imprescidibilità del recupero di una parte dei guadagni dall’uso della biomassa di scarto come fonte di energia elettrica. Molte ricerche inoltre si limitano a segnalare la quantità estratta dalla pianta, ma non considerano la moltiplicazione di campo generando così false aspettative. Ad esempio, Alyssum bertolonii e Berkheya coddii possono apparire analoghe per resa, ma la seconda produce ogni anno una biomassa doppia per ettaro, ovvero assicura una resa complessiva due volte maggiore. Per converso, specie con elevato assorbimento in peso ma ridottissima crescita in biomassa di fatto accumulano quantità assolute insufficienti a garantire la sostenibilità economica. Questi pochi vincoli in realtà bastano a ridurre il novero dei minerali estraibili commercialmente con le piante a poche unità: tallio, cobalto, uranio, oro e nickel. A patto però che si costruiscano “campi minerari” estesi, collegati a strutture centralizzate capaci di usare la fase di calcinazione della biomassa anche per la produzione di energia (e ulteriore guadagno), altrimenti i ritorni economici rischiano di non essere sufficienti. Anche per questo motivo l’agricoltura mineraria stenta ad andare oltre all’esercizio di stile. Un vantaggio indubbio rispetto all’agricoltura tradizionale però esiste: il metallo estratto per calcinazione della biomassa non marcisce come un normale frutto della terra e non deve essere venduto subito, ovvero può essere conservato in attesa che il prezzo di mercato sia giusto per massimizzare i guadagni. Anche qui, un freno a chi pensa di poter raccogliere frutti d’oro senza pagare dazio, in quanto in molti casi per raggiungere rese adeguate è necessario trattare il suolo con ammendanti per solubilizzare i metalli e aumentare la captazione radicale, con esiti non sempre ambientalmente innocui specie nel caso dei chelanti (EDTA, cianuri, tiocianati) e dei derivati dello zolfo.

Libera nos a cadmio. I metalli pesanti sono elementi assolutamente naturali, la terra ne è piena da ben prima della comparsa del primo barlume di vita sul pianeta, ma come sappiamo la salubrità non è il loro forte. Lo scoprì Re Mida, lo seppe Sean Connery quando Oddjob uccise per soffocamento dorato una delle Bond girls in Goldfinger, lo sanno bene quanti purtroppo vivono in zone inquinate da scarti industriali. I problemi nascono quando queste sostanze, per cause naturali o per effetto dell’azione umana si concentrano in grandi quantità in uno stesso luogo, sulla superficie: una colata lavica, un deposito di scarti minerari o metallurgici, una discarica mal gestita. Le strategie di bonifica ambientale in questo senso passano in genere attraverso una raccolta del terreno contaminato, seguito da una sua diluizione con altri terreni e in altri luoghi, fino a ripristinare le concentrazioni normali. Anche questo è uno sporco lavoro per il quale le capacità delle piante iperaccumulatrici potrebbero fare il nostro gioco e darci una mano a rimettere insieme cocci rotti spesso proprio da noi. Purtroppo però molte delle specie utilizzabili presentano un limite direttamente legato alla loro evoluzione su terreni ostici: crescono molto lentamente e producono pochissima biomassa, ovvero estraggono quantità molto piccole di metalli pesanti all’anno, se comparate alla presenza di queste sostanze nei terreni contaminati. L’efficienza va quindi posta in prospettiva. Ad esempio, restando su uno dei metalli pesanti più problematici ma anche tra i più efficacemente assorbiti, il nickel, la specie più efficiente è Berkheya coddii. Cresciuta in condizioni ottimali di clima (si tratta di una pianta originaria del Sudafrica), toglie circa 17 g di nickel ogni kg di peso secco e produce 18 t di biomassa per ettaro all’anno. Significa che ogni anno da un ettaro di suolo contaminato possono essere teoricamente eliminati 300 kg di nickel, a fronte, ad esempio, di una presenza compresa tra i 1 e 7 kg per ogni metro cubo di suolo nei terreni di scarto minerario. Considerando che il primo metro di profondità di un ettaro consta di 10000 metri cubi di terra, per bonificare completamente un terreno di questo tipo occorrono molti decenni di coltura continuativa, in condizioni ottimali. Considerazioni analoghe si possono fare per Thlaspi caerulescens, che può togliere contemporaneamente fino a 60 kg/ha di zinco e 8,4 kg/ha di cadmio e, in contesti reali, si è misurato che occorrerebbero decenni con questi valori per ridurre di soli 100 mg/Kg il contenuto di zinco di un terreno contaminato. Se la contaminazione da metalli pesanti è massiccia non è quindi lecito attendersi miracoli ma solo molta pazienza, in contesti che la permettono. Non sempre poi questi terreni ad alto inquinamento consentono alle piante, anche se iperaccumulatrici, di crescere in modo adeguato e il loro apparato radicale è in genere troppo poco profondo per raggiungere gli strati inferiori. Si stima che spesso le quantità estratte non superino l’1% di quanto presente nello strato superficiale (primi 10-20 cm di terreno), con limiti evidenti in termini di completa bonifica. Per contro, la coltivazione di queste piante presenta altri benefit economici come un costo circa 10 volte inferiore al conferimento in discarica e vantaggi ecologici indubbi, come la riduzione della dispersione di micropolveri e il consolidamento dei terreni, così meno esposti all’erosione e quindi al contatto con l’uomo. La possibilità di usare piante per bonificare terreni inquinati da metalli pesanti, quindi, dipende fortemente dal grado di inquinamento e dai tempi ammissibili per l’operazione.

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Fernando, E., Quimado, M., & Doronila, A. (2014). Rinorea niccolifera (Violaceae), a new, nickel-hyperaccumulating species from Luzon Island, Philippines PhytoKeys, 37, 1-13 DOI: 10.3897/phytokeys.37.7136

Rascio, N., & Navari-Izzo, F. (2011). Heavy metal hyperaccumulating plants: How and why do they do it? And what makes them so interesting? Plant Science, 180 (2), 169-181 DOI: 10.1016/j.plantsci.2010.08.016

Anderson, C., Brooks, R., Chiarucci, A., LaCoste, C., Leblanc, M., Robinson, B., Simcock, R., & Stewart, R. (1999). Phytomining for nickel, thallium and gold Journal of Geochemical Exploration, 67 (1-3), 407-415 DOI: 10.1016/S0375-6742(99)00055-2

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