Non è un dato molto noto, ma l’inquinamento dell’acqua da metalli pesanti è uno dei problemi ambientali più persistenti nelle regioni legate all’attività mineraria o a determinate attività industriali. Sostanze come l’uranio possono rimanere per decenni nelle falde acquifere e nei corsi d’acqua sotterranei, rendendo necessaria la depurazione dell’acqua in questi contesti.
È in questo scenario che entra in scena la scienza, che ha iniziato a esplorare metodi che combinano biologia e processi naturali per migliorare la qualità dell’acqua. Questo approccio mira a ridurre l’uso di trattamenti chimici intensivi e a sfruttare i meccanismi presenti in natura, sebbene in molti casi sia ancora in fase di sviluppo.
Come funziona il sistema sviluppato in Cina per purificare l’acqua contaminata?
Un team di scienziati cinesi ha sviluppato un sistema bioibrido in grado di depurare l’acqua contaminata dall’uranio utilizzando batteri e luce solare. Il lavoro è stato pubblicato sulla rivista scientifica Science Bulletin e descrive un metodo che combina microrganismi con nanoparticelle minerali. Il sistema unisce batteri Shewanella putrefaciens con nanoparticelle di solfuro ferroso che crescono direttamente su di essi. Queste particelle si formano sulla superficie del microrganismo come parte del suo stesso metabolismo, creando una struttura bio-minerale che agisce come un sistema attivo di bonifica ambientale.
La ricerca è stata guidata dal team del professor Wenkun Zhu presso la Southwest University of Science and Technology. L’obiettivo dello studio era migliorare la capacità naturale di alcuni batteri di trasformare i metalli pesanti e quindi purificare l’acqua contaminata in modo più efficiente.
Qual è il ruolo dei batteri e delle nanoparticelle minerali nella depurazione dell’acqua contaminata?
L’elemento centrale del sistema è il già citato batterio Shewanella putrefaciens, noto per la sua capacità di ridurre i metalli pesanti presenti nell’acqua. I ricercatori hanno sfruttato questa proprietà per indurre il microrganismo a produrre sulla propria superficie uno strato di nanoparticelle di solfuro ferroso (FeS).
Questo materiale minerale funge da fotocatalizzatore quando esposto alla luce solare. In quel momento ha inizio una reazione che libera elettroni in grado di trasformare l’uranio presente nell’acqua. Il processo avviene in diverse fasi:Grazie a questa trasformazione chimica, l’inquinante smette di spostarsi nell’acqua e rimane immobilizzato. In questo modo, il sistema riesce a purificare l’acqua contaminata riducendo la mobilità del metallo pesante.
- Le nanoparticelle assorbono energia dalla luce solare.
- Tale energia genera elettroni.
- Gli elettroni riducono l’uranio esavalente, che è solubile e si muove facilmente nell’acqua.
- Il metallo si trasforma in uranio tetravalente, che è meno solubile e precipita.
Un ciclo autosufficiente alimentato dalla luce solare
Uno degli aspetti più rilevanti del sistema è che non dipende esclusivamente da una reazione puntuale. Parte degli elettroni generati dalle nanoparticelle viene utilizzata direttamente per ridurre il metallo, ma un’altra parte entra nel batterio.
Questo apporto energetico aggiuntivo aumenta l’attività metabolica del microrganismo. Di conseguenza, il batterio produce più elettroni e contribuisce a rigenerare il solfuro ferroso che si ossida durante il processo.
Si genera così un ciclo continuo in cui interagiscono tre elementi principali: la luce solare, il materiale minerale e il metabolismo batterico.
Questa interazione permette al sistema di mantenere la sua attività per periodi prolungati. Invece di esaurirsi dopo pochi cicli, il processo viene rafforzato dall’energia solare e dall’attività biologica dei batteri.
I risultati ottenuti nei test con acqua reale contaminata
Per valutare l’efficacia del sistema, i ricercatori hanno condotto test con acqua proveniente da miniere di uranio. Ricordiamo che questo tipo di acque contiene solitamente concentrazioni significative del metallo, il che permette di verificare l’efficacia dei metodi di trattamento.
I risultati hanno mostrato una chiara differenza tra il sistema bioibrido e l’uso esclusivo di batteri: inoltre, gli scienziati hanno condotto test di crescita vegetale con l’acqua trattata per valutarne la tossicità. Le piante hanno mostrato risultati migliori quando l’acqua era stata trattata con il sistema bioibrido, il che indica una significativa riduzione dell’impatto dell’inquinante.
- Il sistema completo ha raggiunto un’efficienza di eliminazione del 94%,
- mentre i batteri senza la componente minerale hanno raggiunto circa il 48%.
Questa scoperta potrebbe servire per trattare le acque contaminate?
I ricercatori ritengono che questo tipo di tecnologia potrebbe far parte di una nuova generazione di sistemi progettati per purificare l’acqua contaminata utilizzando risorse naturali. Tra le possibili applicazioni vi sono:Sebbene si tratti ancora di una tecnologia in fase di ricerca, l’approccio di combinare microrganismi, minerali ed energia solare potrebbe aprire nuove e interessanti strade per il trattamento di contaminanti persistenti.
- Zone umide artificiali utilizzate per il trattamento delle acque reflue.
- Canali di drenaggio nelle zone minerarie.
- Barriere biologiche per proteggere le falde acquifere.
