Estrarre metalli utili dalle rocce grazie ai batteri: la nuova frontiera dell’esplorazione spaziale

La storia ha visto l’estrazione mineraria come un lavoro che richiede molti macchinari pesanti e lavoro fisico. Estrarre materiale prezioso dal terreno è stato necessario per il progresso umano per migliaia di anni. Questo progresso ha portato a un metodo alternativo per ottenere quelle risorse dalla Terra o da altri corpi celesti. La nuova tecnica si basa invece sui batteri. Un recente esperimento condotto dal team di indagine dell’ESA mostra che questo processo, noto come “biomining”, potrebbe essere il modo più efficace per raccogliere alcuni materiali nello spazio.

La nuova ricerca non è stata il primo esperimento spaziale di biomining. Nel 2019, il team ha dimostrato di poter estrarre elementi delle Terre rare (REE) utilizzando un biofilm attaccato al basalto, un tipo di roccia ignea che è presente anche su Marte e sulla Luna. I REE, sebbene si trovino quasi ovunque sulla Terra, sono presenti solo a livelli minuscoli. L’estrazione è proibitivamente costosa utilizzando metodi tradizionali per la maggior parte delle località, sebbene siano ampiamente utilizzati in vari processi industriali e prodotti ad alta tecnologia.

Tuttavia, i REE non erano l’unico materiale di interesse per l’esperimento Biorock. Sebbene non sia un elemento delle terre rare, il vanadio è anche ampiamente utilizzato nei processi industriali, tra cui il rafforzamento dell’acciaio, la produzione di dispositivi superconduttori e batterie. I dati sulla raccolta del vanadio sono stati il punto focale del nuovo documento, ma tali dati sono stati raccolti contemporaneamente ai dati REE originali.

Nello studio sono stati utilizzati tre tipi di batteri: Sphingomonas desiccabilis, Bacillus subtilis e Cupriavidus metallidurans. Gli astronauti hanno utilizzato una sorta di substrato roccioso noto come R2A, un mezzo di crescita noto per tutti e tre i tipi di batteri. Invece di schiacciare il basalto, come molto probabilmente sarebbe stato fatto nei bioreattori su larga scala, gli sperimentatori hanno preso sottili fette di basalto raccolte da una cava in Islanda che è notevolmente simile ai basalti trovati sulla Luna e su Marte.

Dopo la preparazione del volo e l’atterraggio sulla ISS, gli astronauti hanno quindi introdotto i campioni in un incubatore KUBIK. Due dei contenitori sperimentali hanno iniziato a girare per simulare la gravità marziana e lunare. Un terzo contenitore è stato lasciato fermo sulla stazione spaziale, mentre un altro contenitore risiedeva come controllo presso l’Ames Research Center della NASA. Inoltre, i ricercatori hanno posizionato camere “sterili” senza batteri introdotti in entrambe le posizioni e tutti i livelli di gravità. Questi sarebbero stati usati come “controlli” dell’esperimento per vedere quanto vanadio è stato estratto dal basalto semplicemente dalla presenza dei batteri.

Inizialmente, il team pensava che la diversa gravità avrebbe fatto una grande differenza nell’efficacia dei batteri nella raccolta del vanadio. La gravità ha un effetto essenziale su due processi fluidodinamici – sedimentazione e convezione – che influenzano la quantità di esposizione che i batteri avrebbero al materiale del substrato.

Ma con loro sorpresa, la gravità sembrava non avere quasi alcun impatto sull’efficacia dei batteri. I campioni con Sphingomonas desiccabilis e Bacillus subtilis erano molto più efficaci dei loro controlli sterili, producendo in media il 184% e il 283% in più di vanadio in tutti e tre i livelli di gravità.

Una potenziale spiegazione per questa mancanza di effetto gravitazionale è banale ma essenziale: la durata dell’esperimento stesso (21 giorni) potrebbe aver permesso ai microbi di diventare altamente concentrati come sarebbero stati in grado di fare. Periodi di crescita più brevi potrebbero mostrare che la sedimentazione e la convezione hanno un impatto maggiore sulla capacità del microbo di accedere al materiale se non stanno ancora saturando completamente il mezzo.

In entrambi i casi, questi esperimenti mostrano la fattibilità dell’uso di tecniche di biomining nello spazio, almeno su piccola scala. Scalare fino ai processi industriali necessari per estrarre economicamente sulla Luna o un asteroide sarebbe un grande balzo in avanti, ma, come con molta scienza e ingegneria, richiederà ulteriori ricerche prima che qualsiasi processo possa essere dimostrato efficace.