La più grande ex miniera d’uranio d’Europa nasconde batteri che intrappolano il materiale radioattivo dall’acqua

Nell’acqua contaminata della più grande ex miniera d’uranio d’Europa, a Schlema-Alberoda, in Sassonia (Germania), vivono i batteri capaci di ridurre la concentrazione di materiale radioattivo e trasformarlo in un composto stabile. Quando hanno a disposizione glicerolo come fonte di nutrimento, convertono l’uranio disciolto e lo intrappolano nelle loro pareti cellulari. “Eravamo già a conoscenza di questo processo grazie alla letteratura scientifica, ma abbiamo scoperto che l’uranio accumulato è pentavalente “ ha spiegato il dottor Antonio M. Newman-Portela, ex dottorando dell’Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) e dell’Università di Granada, che ha coordinato la ricerca.

L’uranio pentavalente è una forma chimica rara dell’uranio, finora considerata solo transitoria in natura. “L’uranio si presenta solitamente con una valenza di 4 o 6” precisa Newman-Portela. “Identificare uranio pentavalente in proporzioni insolitamente elevate è stato un risultato inatteso”. La scoperta è stata descritta in uno studio appena pubblicato su Nature Communications.

Come i batteri riducono l’uranio radioattivo nell’acqua

I batteri presenti nell’acqua contaminata dell’ex miniera di Schlema-Alberoda, tra cui i solfato-riduttori Desulfovibrio, possono convertire l’uranio disciolto in un composto chimico stabile quando hanno a disposizione il glicerolo come fonte di nutrimento. Questo processo può ridurre significativamente la concentrazione di uranio in soluzione, fino al 96% in condizioni sperimentali.

“Dopo 130 giorni di incubazione con glicerolo in un ambiente privo di ossigeno, i microrganismi dell’acqua di miniera hanno ridotto la concentrazione di uranio da un valore iniziale di 1 mg/L a 0,04 mg/L” precisano i ricercatori. “Durante i primi 20 giorni dell’esperimento, la diminuzione è stata modesta, 5-10%, ma è calata notevolmente dopo 20 giorni, fino al 96%”.

I batteri incorporano l’uranio nelle loro pareti cellulari, riducendolo in uranio pentavalente che, nelle membrane batteriche, forma un composto stabile con ferro e ossigeno, il FeU(V)O₄. “Questo composto dell’uranio non ha ancora un nome, perché è relativamente nuovo” ha evidenziato la dottoressa Evelyn Krawczyk-Bärsch, scienziata dell’HZDR e co-autrice dello studio. “È stato dimostrato per la prima volta in uno studio del 2020, in cui sono stati analizzati campioni di terreno provenienti da alcune zone della Croazia contaminate da munizioni all’uranio, ed è stato scoperto che sotto l’influenza dell'ossigeno atmosferico è rimasto stabile per più di 25 anni”.

Almeno finora, non si sapeva come questo composto si formasse in natura, né che i batteri svolgessero un ruolo nella sua formazione.

Perché questa scoperta può cambiare la bonifica delle acque contaminate dall’uranio

Comprendere come i batteri riescano a trasformare l’uranio disciolto nelle acque di miniera in un composto stabile può aprire la strada a nuove prospettive di bonifica, sia in siti dismessi sia in quelli dove l’estrazione dell’uranio è attiva. Nel caso dell’ex miniera di Schlema-Alberoda, un sito estrattivo sovietico dell’allora Germania dell’Est, le acque di miniera richiedono ancora oggi un trattamento continuo.

Dalla chiusura del sito, avvenuta nel 1990 con la riunificazione della Germania, la miniera è stata allagata e le acque sono stato oggetto di decenni di costosi interventi di bonifica, che hanno ridotto di quasi un ordine di grandezza la concentrazione di uranio disciolto. Tuttavia, l’acqua contiene ancora circa 1 mg/L di uranio esavalente, una concentrazione ben al di sopra dei limiti di scarico applicabili in Sassonia. Il trattamento genera ancora grandi volumi di rifiuti secondari, rimanendo costoso e senza una data di fine prevedibile.

“Strategie complementari per accelerare la diminuzione delle concentrazioni di contaminanti all’interno della miniera allagata potrebbero contribuire a ridurre la durata del trattamento attivo delle acque di miniera” osservano i ricercatori.

Secondo gli autori dello studio, sfruttare processi naturali mediati dai batteri, potrebbe rappresentare, in futuro, un’alternativa o un’integrazione alle tecniche tradizionali. Prima di un’applicazione pratica saranno però necessari ulteriori studi, per verificare se il metodo possa essere utilizzato su scala più ampia e in contesti ambientali differenti.