Noduli polimetallici, la nuova frontiera della ricerca mineraria (I p.)

Copertina

Copertina – Tappeto di noduli Fe-Mn sul fondo oceanico (da aspoitalia.wordpress.com)

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Proemio

Nelle ultime settimane, la stampa nazionale e non, è tornata ad occuparsi di una risorsa geologica, mineraria, dimenticata.
Si tratta dei noduli polimetallici.
Già alla fine del secolo scorso, aveva preso corpo una nuova prospettiva per le future produzioni di minerali manganesiferi. Si trattava, in particolare, dell’interesse legato ai depositi sottomarini di noduli polimetallici.
In pratica si era trattato di rivalutare una delle tante scoperte fatte dalla spedizione della nave Challenger fra il 1873 e il 1876 (Figura 1, Figura 2 e Figura 3).
Tuttavia, si dovette arrivare al decennio 1964-1974, affinché i noduli polimetallici oceanici (Figura 4 e Figura 5) venissero presi in considerazione quale possibile nuova fonte di approvvigionamento per il manganese. Poi, negli anni Ottanta, divennero di interesse anche le presenze di nickel, rame, oro, argento e cobalto, quest’ultimo soprattutto dalle croste Fe-Mn che ricoprivano i versanti oceanici (Figura 6 e Figura 7).
La caduta del prezzi dei metalli sui mercati mondiali ha smorzato l’entusiasmo per il Deep Sea Mining (l’estrazione mineraria oceanica) fino agli anni 2000, seppure la ricerca e lo sviluppo dei metodi di estrazione siano proseguiti (HEIN J.R., MIZELL K., KOSHINSKY A. e CONRAD T.A., 2013; Figura 8).
L’attuale e imminente indispensabilità di questi minerali ha indotto
il ritorno di attualità e di interesse dei giacimenti oceanici. Va ricordato che …i noduli hanno anche concentrazioni significative di Co, Li, Mo, REE  (Terre Rare, cioè cerio, lantanio e itterbio, etc.), Y e Zr oltre ai principali metalli di interesse; le croste hanno alte concentrazioni di Bi, Mo, Nb, Pt, REE (Terre Rare, cioè cerio, lantanio e itterbio, etc.), Te, Th, Ti, W, Y e Zr… (HEIN J.R., MIZELL K., KOSHINSKY A. e CONRAD T.A., 2013).

Questa storia che viene da lontano si inserisce nella moda della nuova svolta high-tech, ma soprattutto green-tech legata all’elettrico a tutti i costi.
Ma sarà davvero la panacea di tutti i mali?

Le prime descrizioni dei noduli polimetallici

I noduli polimetallici (Figura 4 e Figura 5) sono forme di accrescimento dei fusi minerali in ambiente sottomarino oceanico (Figura 6). 
Una delle prime descrizioni scientifiche dei noduli polimetallici e delle croste oceaniche è quella di BONATTI E., ZERBI M., KAY R. e RYDELL H. (1976), …I noduli più tipici sono i polimetallici (o noduli di Manganese), costituiti da concrezioni minerali sparse un pò ovunque sul fondo dell’oceano, la cui crescita lentissima (per un cm servono milioni di anni) è il risultato di vari processi chimici, fisici e biologici; l’area del Pacifico chiamata Clarion-Clipperton Zone (CCZ, Figura 9) è la più promettente commercialmente per il recupero, in particolare, di Manganese, Tellurio, Nickel, Cobalto, Ittrio, superiori a quelle in terraferma, mentre per il Tallio il moltiplicatore arriva anche a 6000 volte. Un’altra forma interessante sono le croste di Ferro-Manganese delle montagne sottomarine, costituite da concrezioni che si originano da fenomeni di precipitazione in aree oceaniche libere da sedimenti; nella sola area della Pacific Prime Crust Zone si stimano quantità di Tallio pari a 1700 volte quelle dellle riserve in terraferma, mentre per altri elementi i rapporti sono Tellurio (x9), Cobalto (x3,8), Ittrio (x3,4), Arsenico (x1,8)… (BONATTI E., ZERBI M., KAY R. & RYDELL H. , 1976). 
Recenti ricerche indicano in 1-5 mm/Ma la crescita dei noduli e delle croste. Questo è spiegato dal fatto che la crescita avviene, dove
le condizioni esterne consentono l’assorbimento di notevoli quantità di metalli dall’acqua di mare (HEIN et al., 2000 in BONATTI E., ZERBI M., KAY R. e RYDELL H., 1976).

Noduli polimetallici, croste e depositi idrotermali

La forma dei noduli passa dalla sferica alla discoide (Figura 4 e Figura 5). La dimensione è estremamente variabile. Da quella microscopica raggiunge, mediamente, 10-12 cm. Inoltre, i noduli Fe-Mn si accrescono per accumulo di ossidi di Mn e Fe attorno a un nucleo. A differenza delle croste Fe-Mn, i noduli acquisiscono metalli da due fonti, acqua di mare (idrogenetica) e fluidi dei pori (diagenetica)
Le croste Fe-Mn (Figura 6 e Figura 7), invece, sono formate per precipitazione dalle acque fredde dell’ambiente inferiore (idrogenetico) sulla superficie di rilievi sottomarini. Montagne, creste e altipiani sono stati rivestiti, sulle rocce presenti e preesistenti, solo in aree mantenute prive di sedimenti per milioni di anni. 
La terza forma è quella dei giacimenti prodotti da sorgenti idrotermali (Figura 10). Questi si originano dalle
fratture createsi in corrispondenza di faglie o dorsali oceaniche. Da qui sgorgano acque ad altissima temperatura (fino a 400° C; Figura 10) che, a contatto con l’acqua fredda dei fondali, originano formazioni solide simili a stalagmiti che contengono i minerali.

Si conosce molto poco dell’ambiente e della vita nei fondali oceanici. Ma quando nel 1977 Robert BALLARD ed il suo team si immersero a 2500 metri nelle Galapagos, presso un camino idrotermale, scoprirono un ecosistema sbalorditivo (BRUSSATO, 2020).

Immagine citata nel testo

Figura 3 – Mappa di John George Bartholomew  con la rotta seguita dalla spedizione della Nave Challenger  ed i campionamenti eseguiti (da ac-rennes.fr). 

Deep Sea Mining, metodi e problemi

Il concetto di coltivazione economica degli anni Settanta, applicato a questa potenziale immensa riserva, poneva numerosi problemi pratici.
Primo fra tutti era la tecnologia estrattiva.
A profondità superiori di 5000 m in fondo oceanico, diventa estremamente sofisticata e costosa (Figura 8). Occorre una nave appoggio in superficie, un elemento telecomandato che raccoglie i noduli (ad esempio Figura 15), un sistema di risalita e sollevamento ed un sistema di riciclo delle acque reflue e dei sedimenti. Analoghi e non meno complessi sono i sistemi di estrazione dai camini idrotermali (inattivi) e dalle croste. Qui non basta la semplice raccolta, ma occorre in più la distruzione della roccia.
Altro problema era la cubatura dei giacimenti (stima del tonnellaggio disponibile) e l’apprezzamento della distribuzione dei noduli, della regolarità o meno del loro tenore in metalli e del grado di accidentalità morfologica del fondo oceanico. Difficoltà che potevano precludere gli scavi, o meglio, l’aratura del fondo/versanti e la raccolta.
Infine i problemi amministrativi legati alla presenza dei giacimenti in acque territoriali o in acque internazionali.

Le prime campagne di ricerca per noduli polimetallici oceanici

In ogni caso un certo numero di Compagnie si è impegnato, dalla metà degli anni Settanta del secolo scorso, in dettagliati e costosi programmi di ricerca.
La KENNET COPPER CORP. ha stanziato 50 milioni di dollari in cinque anni per le ricerche e lo sviluppo della partecipazione con quattro società (le britanniche RTZ e CONSOLIDATED GOLD FIELD Ltd., la giapponese MITSUBISHI e la canadese NORAND MINES) per investigare la possibilità di estrarre metalli dai noduli oceanici. Poi la TENNECO Inc.’s, la DEEPSEA VENTURE Inc. ed altre tre società giapponesi hanno stipulato un’associazione di ricerca. Altre compagnie coinvolte in ricerche e prospezioni minerarie sono state la SUMMA GROUP (di Howard Hughens), la OCEAN RESOURCES Inc. (di J.L. Mero), la canadese INTERNATIONAL NIKEL Co., la giapponese SUMMITOMO GROUP., la tedesca AMR (che comprende le Metallgesellschaft, la Preussag e la Salzgitter) e le francesi SOCÉTÉ LE NIKEL e CNEXO (Centre National pour l’Exploitation des Océans).

I depositi più estesi sono stati trovati nell’Oceano Pacifico. In particolare. tra le zone di frattura di Clarion e Clipperton (CCZ), in un’area di circa 9 milioni di Kmq, con una densità di noduli pari a 15 kg/mq (PIAZZA, 2018). Ancora, il bacino del Perù e quello di Penrhyn (Isole di Cook) lungo un’area di circa 750mila kmq ed una densità di noduli polimetallici stimata in 25 kg per metro quadro (PIAZZA, 2018). Un vasto campo nodulare è stato riconosciuto anche nel bacino dell’Oceano Indiano Centrale (BONATTI E., ZERBI M., KAY R. e RYDELL H., 1976; Figura 9). La cosa straordinaria è che già la Nave Challenger ne aveva individuati alcuni di questi (Figura 3).

Noduli polimetallici e Terre Rare

Fra gli elementi presenti nei noduli polimetallici e le croste ci sono le Terre Rare. Si tratta di un gruppo di elementi poco noti all’immaginario collettivo. Eppure sono utilizzati, ad esempio, nei magneti, negli obiettivi fotografici e nelle pile.
Solo recentemente sono giunti, in maniera improvvisa, alla ribalta con l’avverto della transizione energetica ed in tentativo di abbandono dei combustibili fossili. È l’avvento del green thec, delle batterie per e-bike, monopattini, auto ibride ed elettriche, dei magneti per i motori elettrici (BARONTINI, 2023), per cavi, circuiti elettrici, ma anche pannelli solari, pale eoliche, etc.

I diciassette elementi delle Terre Rare sono presenti, e talvolta abbondanti, anche sulla crosta terrestre emersa. Circa il 96% del prodotto, nel 2006, proveniva dalla Cina. E di questo, circa la metà proveniva dalla miniera di Bayan Obo (Figura 11, 2 luglio 2001 e Figura 12, 30 giugno 2006). …Secondo un rapporto dell’U.S. Geological Survey (USGS), la Cina ha prodotto circa 81.000 tonnellate di metalli delle terre rare nel 2001; il numero è balzato a circa 120.000 nel 2006… (earthobservatory.nasa.gov). Ma soprattutto, …Secondo la Società cinese delle terre rare, con ogni tonnellata di metalli rari estratti vengono rilasciati da 9.600 a 12.000 metri cubi … di gas di scarico, contenenti concentrato di polvere, acido fluoridrico, anidride solforosa e acido solforico. Vengono prodotti anche circa 75 metri cubi … di acque reflue acide, oltre a circa una tonnellata di residui di rifiuti radioattivi… (earthobservatory.nasa.gov).

L’egemonia cinese

Il monopolio cinese venne lievemente ridimensionato dalla riapertura della Mountain Pass Mine (Figura 13, 25 dicembre 2020), finalizzata al fabbisogno interno degli Stati Uniti. La miniera si trova nel deserto del Mojave, nel sud-est della California. Si estende, a cielo aperto, …per 800 metri … di larghezza e più di 180 metri di profondità. Al di sotto della miniera si trovano depositi di carbonatite che ospitano la bastnäesite, una delle principali fonti di elementi delle terre rare… (da EartObservatory). Qui le Terre Rare furono scoperte per caso da cercatori di uranio. Era il 1949. Era l’epoca della Guerra Fredda che condizionò una forte domanda di uranio. I cercatori trovarono invece la bastnäesite, contenente elementi di Terre Rare.
Ancora oggi, la Cina possiede l’egemonia della disponibilità di Terre Rare grazie alla stipula di contratti di fornitura, collaborazioni e partnership con vari paesi.
Un tentativo in atto per arginare tale situazione è la ricerca. In particolare il tentativo di eliminare le Terre Rare dai magneti. Ci stanno provando Tesla, …General Motors, BMW, Renault o Jaguar Land Rover e anche fornitori automotive come BorgWarner o ZF… (BARONTINI, 2023). Ma ancora i magneti senza Terre Rare sono troppo grandi e troppo poco efficienti per le auto.
La Cina rappresenta anche il 45% della produzione mondiale di rame raffinato (RAGONI, 2023). Secondo gli analisti il rame …potrebbe non bastare già nel 2027 e la Cina vuole diventare autosufficiente… (RAGONI, 2023).

 

(continua la settimana prossima)

Bibliografia

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REDAZIONALE (2020). Deep Sea Mining: un’opportunità o un rischio?. L’estrazione di minerali dai fondali oceanici è un’attività sempre più richiesta dalle industrie a livello globale, ma rischia di creare più problemi di quelli che cerca di risolvere. Futura, investimenti e tecnologie

ROITER (2023). La marocchina Managem afferma che l’acqua della miniera di cobalto è sicura, smentendo la notizia della contaminazione da arsenico. MarketScreener del 15 novembre 2023.
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