A fronte di una domanda in aumento, le società minerarie si stanno rivolgendo alle aziende biotecnologiche per ottenere più metallo dalle miniere ormai obsolete.
In una pineta nella penisola superiore del Michigan, l’unica miniera di nichel attiva negli Stati Uniti sta volgendo al termine della sua attività. In un momento in cui le case automobilistiche richiedono questo metallo per le batterie dei veicoli elettrici, la concentrazione di nichel nella miniera Eagle Mine sta diminuendo e potrebbe presto scendere a livelli troppo bassi per giustificare l’estrazione.
Ma all’inizio di quest’anno, il proprietario della miniera ha iniziato a testare un nuovo processo che potrebbe consentire di estrarre un po’ più di nichel. In una coppia di container recentemente installati presso l’impianto di lavorazione della miniera, un brodo derivato dalla fermentazione sviluppato dalla startup Allonnia viene miscelato con minerale concentrato per catturare e rimuovere le impurità. Il processo consente la produzione di nichel da minerale di qualità inferiore.
Kent Sorenson, direttore tecnico di Allonnia, afferma che questo approccio potrebbe aiutare le aziende a continuare a gestire siti che, come la miniera Eagle Mine, hanno esaurito il loro minerale migliore. “La soluzione più semplice è continuare a sfruttare le miniere che abbiamo”, afferma.
La domanda di nichel, rame e elementi delle terre rare sta aumentando rapidamente a causa della crescita esplosiva dei data center ad alto consumo di metalli, delle auto elettriche e dei progetti di energia rinnovabile. Ma la produzione di questi metalli sta diventando più difficile e costosa perché le miniere hanno già sfruttato le risorse migliori. Come la tecnica secolare di arrotolare l’estremità di un tubetto di dentifricio, il brodo di Allonnia è uno dei tanti modi in cui la biotecnologia potrebbe aiutare le miniere a estrarre più metallo dalle miniere obsolete, dai minerali mediocri o dai cumuli di rifiuti.
L’industria mineraria ha intenzionalmente seminato minerali di rame con microbi per decenni. Negli attuali siti di biolisciviazione del rame, i minatori ammucchiano il minerale di rame frantumato in cumuli e aggiungono acido solforico. I batteri che amano l’acido, come l’Acidithiobacillus ferrooxidans, colonizzano il cumulo. Una sostanza chimica prodotta dagli organismi rompe il legame tra le molecole di zolfo e rame per liberare il metallo.
Fino ad ora, oltre a mantenere l’acidità e soffiare aria nel cumulo, i minatori non potevano fare molto altro per favorire la crescita microbica. Ma Elizabeth Dennett, CEO della startup Endolith, afferma che il calo dei costi degli strumenti genetici sta rendendo possibile una gestione più attiva delle comunità di microbi presenti nei cumuli. “La tecnologia che utilizziamo ora non esisteva alcuni anni fa”, afferma.
Endolith analizza frammenti di DNA e RNA nel liquido ricco di rame che fuoriesce da un cumulo di minerale per caratterizzare i microbi che vivono al suo interno. In combinazione con una serie di analisi chimiche, le informazioni aiutano l’azienda a determinare quali microbi spruzzare su un cumulo per ottimizzare l’estrazione.
Gli scienziati di Endolith utilizzano colonne riempite di minerale di rame per testare il metodo dell’azienda di gestione attiva dei microbi nel minerale al fine di aumentare l’estrazione del metallo.
ENDOLITH
Nei test di laboratorio sul minerale della società mineraria BHP, le tecniche attive di Endolith hanno superato gli approcci passivi di biolisciviazione. A novembre, l’azienda ha raccolto 16,5 milioni di dollari per trasferirsi dal suo laboratorio di Denver ai cumuli delle miniere attive.
Nonostante questi primi risultati promettenti, Corale Brierley, un ingegnere che lavora sui sistemi di biolisciviazione dei metalli dagli anni ’70, si chiede se aziende come Endolith, che aggiungono ulteriori microbi al minerale, riusciranno a tradurre con successo i loro processi su scala commerciale. “Quali garanzie darete all’azienda che quegli organismi cresceranno davvero?”, chiede Brierley.
Non sarà facile convincere nemmeno le grandi aziende minerarie che hanno già ottimizzato ogni tubo, dado e bullone nei loro processi, afferma Diana Rasner, analista che si occupa di tecnologia mineraria per la società di ricerca Cleantech Group.
“Sono perfettamente consapevoli di ciò che serve per scalare queste tecnologie perché conoscono il settore”, afferma. “Saranno i vostri più grandi sostenitori, ma saranno anche i vostri più grandi critici”.
Oltre alle sfide tecniche, Rasner sottolinea che le startup biotecnologiche finanziate da capitali di rischio faranno fatica a garantire i rapidi ritorni che i loro investitori cercano. Le società minerarie vogliono molti dati prima di adottare un nuovo processo, che potrebbero richiedere anni di test per essere compilati. “Non si tratta di software”, afferma Rasner.
Nuton, una filiale del gigante minerario Rio Tinto, ne è un buon esempio. L’azienda lavora da decenni a un processo di biolisciviazione del rame che utilizza una miscela di ceppi di archeobatteri e batteri, oltre ad alcuni additivi chimici. Ma ha iniziato a dimostrare la tecnologia solo alla fine dello scorso anno, in una miniera in Arizona.
Nuton sta testando un processo di biolisciviazione migliorato nella miniera Johnson Camp di Gunnison Copper in Arizona.
NUTON
Mentre Endolith e Nuton utilizzano microbi presenti in natura, la startup 1849 spera di ottenere un aumento delle prestazioni ancora maggiore attraverso l’ingegneria genetica dei microbi.
“Si può fare ciò che le società minerarie hanno sempre fatto”, afferma il CEO Jai Padmakumar. “Oppure si può provare a fare un tentativo azzardato e modificarli geneticamente. Se ci si riesce, si ottiene un enorme vantaggio”.
L’ingegneria genetica consentirebbe a 1849 di adattare i propri microbi alle sfide specifiche dei clienti. Tuttavia, l’ingegnerizzazione degli organismi può anche renderne più difficile la coltivazione, avverte Buz Barstow, microbiologo dell’ e della Cornell University che studia le applicazioni della biotecnologia nel settore minerario.
Altre aziende stanno cercando di evitare questo compromesso applicando i prodotti della fermentazione microbica, piuttosto che organismi viventi. Alta Resource Technologies, che ha chiuso un round di investimenti da 28 milioni di dollari a dicembre, sta ingegnerizzando microbi che producono proteine in grado di estrarre e separare elementi delle terre rare. Allo stesso modo, la startup REEgen, con sede a Ithaca, New York, si affida agli acidi organici prodotti da un ceppo ingegnerizzato di Gluconobacter oxydans per estrarre elementi delle terre rare dal minerale e dai materiali di scarto come scorie di riciclaggio dei metalli, ceneri di carbone o vecchi dispositivi elettronici. “I microbi sono la produzione”, afferma l’amministratore delegato Alexa Schmitz, ex allieva del laboratorio di Barstow.
Per incidere sulla crescente domanda di metalli, questa nuova ondata di biotecnologie dovrà andare oltre il rame e l’oro, afferma Barstow. Nel 2024 ha avviato un progetto per mappare i geni che potrebbero essere utili per estrarre e separare una gamma più ampia di metalli. Nonostante le sfide che ci attendono, afferma, la biotecnologia ha il potenziale per trasformare l’estrazione mineraria così come il fracking ha cambiato il settore del gas naturale. “Il biomining è uno di quei settori in cui la necessità… è abbastanza grande”, afferma.
La sfida sarà quella di muoversi abbastanza velocemente da stare al passo con la domanda crescente.
