Scorie nucleari: così i batteri di una miniera tedesca hanno ridotto del 96% l’uranio disciolto nell’acqua
L’uranio resta uranio, radioattività compresa. In laboratorio, però, la comunità batterica già presente nell’acqua di una vecchia miniera tedesca ha contribuito a spostarne gran parte dall’acqua a precipitati solidi, molto meno inclini a muoversi nelle falde. Dopo 130 giorni, la concentrazione di uranio esavalente disciolto era scesa da 1 a 0,04 milligrammi per litro: il 96% in meno.
Quel 96% misura quanto uranio esavalente restava nell’acqua. Gli atomi non sono scomparsi e i batteri, per quanto volenterosi, non se li sono mangiati. Il risultato è descritto in uno studio pubblicato su Nature Communications da ricercatori dell’Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, dell’Università di Granada, della società pubblica Wismut e dell’European Synchrotron Radiation Facility di Grenoble.
L’acqua proveniva dalla miniera di uranio di Schlema-Alberoda, in Sassonia. Si tratta quindi di contaminazione lasciata dall’attività estrattiva, non di liquidi provenienti da una centrale nucleare. La miniera ha chiuso nel 1990 ed è stata allagata, mentre il trattamento delle acque continua ancora oggi.
Due litri d’acqua, glicerolo e 130 giorni
I ricercatori hanno riempito contenitori da due litri con acqua prelevata all’ingresso dell’impianto di trattamento. Hanno poi aggiunto 10 millimoli per litro di glicerolo e lasciato i campioni al buio, senza ossigeno e a 28 gradi, per 130 giorni. Ogni condizione è stata ripetuta tre volte. I microrganismi erano quelli già presenti nell’acqua della miniera. Il protagonista dell’esperimento è quindi un’intera comunità microbica, con specie e funzioni diverse, anziché il consueto batterio con il mantello da supereroe.
I controlli aiutano a ridimensionare il titolo facile. Nei campioni senza glicerolo l’uranio disciolto è diminuito di circa il 25%; nell’acqua sterilizzata alla quale era stato aggiunto glicerolo, del 36%. Una parte del metallo può infatti aderire alle pareti dei recipienti, alla biomassa o alle particelle minerali.
Con microrganismi vivi e glicerolo, la riduzione ha raggiunto il 96%. Nei primi venti giorni procedeva lentamente, tra il 5 e il 20%, per poi accelerare. Il valore finale di 0,04 milligrammi per litro sarebbe inferiore ai limiti di scarico citati dai ricercatori per la Sassonia, compresi tra 0,20 e 0,50 milligrammi per litro. Resta il risultato di un sistema chiuso e controllato, molto più educato di una miniera allagata.
Il glicerolo ha favorito i batteri fermentativi, che lo hanno trasformato in acidi organici e idrogeno. Questi composti hanno poi alimentato microrganismi capaci di ridurre solfati e metalli, tra cui batteri dei generi Desulfobulbus e Desulfovibrio.
Il processo potrebbe essere avvenuto sia direttamente, attraverso enzimi microbici, sia indirettamente tramite solfuro di idrogeno e ferro ridotto. I dati raccolti non permettono di assegnare una percentuale precisa ai diversi meccanismi. È una catena di reazioni biologiche e chimiche, non un singolo boccone di uranio.
L’uranio resta radioattivo: cambiano forma e mobilità
In condizioni ossidanti, l’uranio esavalente, indicato come U(VI), forma complessi solubili capaci di spostarsi con l’acqua. Ricevendo elettroni può passare a stati di ossidazione inferiori e precipitare in forme solide.
Le analisi al microscopio hanno individuato aggregati ricchi di uranio sulla superficie delle cellule batteriche e nanoparticelle grandi soprattutto tra due e tre nanometri. Tra le 231 particelle esaminate su cinque cellule, il 55,4% è stato identificato come FeU(V)O4, un composto contenente uranio pentavalente; il 40,3% era uraninite, formata da uranio tetravalente. La piccola quota restante era pirite.
La presenza dell’uranio pentavalente, U(V), è il risultato più interessante. Questo stato chimico viene solitamente considerato transitorio: una specie di passaggio tra l’uranio esavalente, mobile, e quello tetravalente, meno solubile.
Nell’esperimento, invece, una parte dell’U(V) è rimasta stabile durante tutti i 130 giorni senza ossigeno. Un campione del precipitato è stato poi esposto all’aria per quattro settimane. Al termine, l’uranio pentavalente rappresentava ancora il 53% del totale analizzato, mentre il 40% era tornato alla forma esavalente e il 7% restava tetravalente.
Il test mostra insieme la promessa e il problema. Il composto FeU(V)O4 ha resistito all’ossigeno meglio del previsto; una parte consistente dell’uranio si è però riossidata, tornando alla forma più mobile. Quattro settimane, inoltre, dicono poco su ciò che potrebbe succedere dopo anni sottoterra.
Dalle bottiglie alle gallerie allagate
L’acqua di Schlema-Alberoda viene già trattata mediante aerazione, eliminazione dell’anidride carbonica e aggiunta di sostanze alcaline, che fanno precipitare uranio e altri contaminanti. I solidi vengono separati e diventano fanghi da gestire.
Nel suo rapporto ambientale del 2024, Wismut indica per l’impianto un’efficienza di abbattimento di circa il 90% per l’uranio e del 95% per l’arsenico. Il trattamento funziona, ma richiede attività continua, produce rifiuti secondari e non possiede una data di scadenza particolarmente rassicurante.
Stimolare i batteri direttamente nelle acque sotterranee potrebbe ridurre il carico destinato all’impianto. Il glicerolo, disponibile anche come sottoprodotto della produzione di biodiesel, avrebbe inoltre costi contenuti. Durante l’esperimento sono diminuite anche le concentrazioni di ferro, solfati e arsenico, rispettivamente del 98%, 68% e 44%. Ogni intervento modifica quindi una chimica molto più affollata dell’uranio, con effetti da studiare prima di distribuire glicerolo nelle gallerie.
Per ora il risultato sta dentro bottiglie da due litri. Nella miniera servirà dimostrare che l’uranio rimanga fermo per anni, anche quando cambiano ossigeno, pH, flussi d’acqua e disponibilità di nutrienti. Immobilizzarlo per 130 giorni è un buon inizio. Una bonifica, comprensibilmente, pretende tempi un po’ più lunghi.
