Da minaccia per l’ambiente a risorsa per la transizione ecologica: il carbone si sta rivelando una potenziale fonte di metalli critici impiegati nelle industrie verdi. A mostrare interesse per un suo impiego “sostenibile” è soprattutto la Cina, che per decenni ha considerato il combustibile fossile la base del proprio mix energetico. Ora la rapida conversione alle rinnovabili rende più impellente trovare nuovi sbocchi per il settore carbonifero.
L'estrazione e la combustione del carbon fossile producono grandi quantità di scarti, tra cui la ganga, il materiale roccioso sterile associato al carbone, e le ceneri volanti, ovvero le particelle fini catturate dopo la combustione. Il loro accumulo consuma terreno e causa inquinamento ambientale. Nei casi più virtuosi, di solito, entrambi i materiali vengono utilizzati come additivi per la produzione di cemento, un processo con scarso valore economico. Compiendo un grande balzo in avanti, la Repubblica popolare punta a “nobilitare” i residui del carbone lavorandoli per estrarre metalli strategici: litio, gallio e germanio e altri materiali indispensabili per la produzione di alta tecnologia, dalle batterie per i veicoli elettrici alle celle solari fino ai semiconduttori.
Come spiega a China Energy News Dai Shifeng, membro dell'Accademia cinese delle scienze e professore presso l'Università cinese di ingegneria mineraria e tecnologia di Pechino, "gli scarti del carbone contengono una varietà di elementi metallici che potrebbero rappresentare un'importante fonte di approvvigionamento". Secondo l’esperto, “in futuro, si prevede che l'enorme quantità di ceneri volanti generate dalla produzione di energia elettrica renderà il carbone non solo un minerale chiave con caratteristiche di combustibile, ma trasformerà anche i suoi rifiuti in ‘tesori’”.
Il carbone nasce dalla fossilizzazione di antiche biomasse vegetali. Sepolti nel sottosuolo, i resti delle piante vengono trasformati da fenomeni geologici, dando origine, nel corso di milioni di anni, ai giacimenti carboniferi. La torba, stadio iniziale di questo processo, si accumula principalmente nei bacini sedimentari. Se le aree circostanti, situate a quote più elevate, sono ricche di elementi metallici, la pioggia, i fiumi e il vento ne erodono le rocce, trasportando i minerali verso il bacino. Qui la vegetazione li assorbe e li immagazzina nei propri tessuti; con la successiva fossilizzazione, questi elementi rimangono intrappolati negli strati di carbone.
Un'altra importante fonte di metalli è la cenere vulcanica alcalina, ricca di elementi come niobio, zirconio e gallio. Quando si deposita sulle torbiere – ambienti umidi caratterizzati da acque lente, fredde e povere di ossigeno – i metalli vengono incorporati nella materia organica e, con il tempo, si concentrano nei futuri giacimenti. Esattamente quanto avvenuto nei siti carboniferi della Cina sud-occidentale, in particolare nelle province dello Yunnan, del Guizhou e del Sichuan.
L’idea di valorizzare i rifiuti del combustibile fossile non è completamente nuova. Metodi di lavorazione simili furono sperimentati negli Stati Uniti e in Unione Sovietica dopo la Seconda guerra mondiale per ricavare uranio a supporto della nascente industria nucleare. Almeno fino a quando tecniche di estrazione commerciale non fornirono alternative più semplici ed economiche agli scarti del carbone.
Come allora, anche oggi la geopolitica funge da incentivo al riciclo. La Cina infatti domina le forniture globali di materiali critici. Produce circa il 98% del gallio grezzo mondiale e tra il 60% e il 68% del germanio. Una posizione di forza che negli ultimi anni ha permesso al gigante asiatico di rispondere occhio per occhio alle restrizioni degli Stati Uniti sull’acquisto di chip: a partire dal 2023 Pechino ha introdotto prima un divieto assoluto di vendita agli Stati Uniti e poi vari controlli sull’export di metalli a duplice uso, obbligando gli esportatori a ottenere licenze speciali. Questo spiega il crescente interesse per fonti alternative.
La Repubblica popolare non è l’unica a occhieggiare il carbone. Il 1° luglio l'Ufficio per i minerali critici e l'innovazione energetica del Dipartimento dell'energia statunitense ha annunciato lo stanziamento di 75 milioni di dollari per cinque progetti che utilizzano carbone e materie prime derivate per produrre elementi delle terre rare e altri minerali a valore aggiunto come germanio, gallio e alluminio. L’Australia ha avviato ricerche soprattutto sulle ceneri volanti (coal fly ash). Un gruppo della Monash University ha sviluppato un processo che permette di recuperare tutte le 17 terre rare con rese superiori al 90%.
Va detto che l’entusiasmo generale per la nascente industria si scontra con diverse difficoltà oggettive. Affinché l’estrazione dei metalli sia economicamente conveniente, è infatti fondamentale conoscere con precisione la composizione del carbone utilizzato. Ma molte centrali elettriche non bruciano il fossile proveniente da un unico giacimento; piuttosto miscelano materiale estratto in aree diverse per ottimizzare costi e prestazioni. Considerato che ogni sito contiene concentrazioni differenti di metalli e minerali, anche la composizione delle ceneri volanti prodotte dalla combustione cambia continuamente. Una variabilità che rende più difficile pianificare un processo di estrazione efficiente: i reagenti, le temperature e le tecniche di separazione devono infatti essere adattati alla composizione delle ceneri, che non è mai costante.
Davanti alle molte sfide, la Repubblica popolare parte avvantaggiata. Innanzitutto, può contare su un’ampia disponibilità di risorse di qualità. Oltre ai giacimenti ricchi di germanio della Mongolia interna, nel 2016 un enorme deposito contenente litio − il primo del suo genere al mondo − è stato rinvenuto nel bacino carbonifero di Ningwu, nella provincia settentrionale dello Shanxi. Ma sono soprattutto le condizioni sistemiche a fare la differenza.
Come osserva China Energy News, infatti, la filiera del carbone cinese è già fortemente integrata: in molti distretti minerari l'estrazione del combustibile fossile è affiancata da impianti per il lavaggio dei minerali, la trasformazione chimica, la produzione di energia e il trattamento dei residui. Ciò significa che le ceneri volanti e gli altri scarti non devono essere trasportati verso impianti specializzati, ma possono essere trattati direttamente nei complessi industriali in cui vengono prodotti. Ne conseguono una riduzione dei costi logistici, una raccolta dei residui semplificata e la presenza di condizioni più favorevoli per l'introduzione di nuovi processi per il recupero dei metalli strategici.
Completa il quadro l’avanzamento tecnologico che caratterizza il paese. Il colosso statale China Energy Group ha sviluppato nella Mongolia interna un sistema di estrazione per la lignite contenente germanio, con un tasso di recupero del metallo attorno al 90%. Sempre nella regione autonoma cinese il gruppo Mengtai dal 2024 trasforma le ceneri volanti e gli scarti di carbone in una lega di alluminio-silicio per condizionatori d'aria e componenti automobilistici. Concluso un primo progetto pilota da 10.000 tonnellate, l'azienda sta ora costruendo una linea di produzione da un milione di tonnellate a Jungar.
Certo, serve tempo. È infatti improbabile che il recupero dei metalli dal carbone riesca a sostituire l'attività mineraria tradizionale nel breve termine. Mentre è possibile stimare già entro il 2030 una diffusione delle prime operazioni commerciali nei bacini più ricchi, bisognerà aspettare ancora diversi anni prima di poter assistere a un’espansione su scala industriale. Sempre che i costi continuino a diminuire e la domanda di metalli critici a mantenersi elevata.
In copertina: immagine Envato