L’uranio non smette di essere uranio: la sua radioattività non scompare per magia. In laboratorio, però, i microrganismi già presenti nell’acqua di una vecchia miniera tedesca hanno fatto qualcosa di notevole, spostando buona parte del metallo disciolto verso depositi solidi, molto meno propensi a infiltrarsi nelle falde acquifere. Nell’arco di 130 giorni, la quantità di uranio esavalente rimasta in soluzione è passata da 1 a 0,04 milligrammi per litro, con un calo del 96%.
Quella percentuale racconta quanto uranio esavalente fosse ancora presente nel liquido. Gli atomi, va precisato, non sono svaniti nel nulla: i batteri non li hanno certo divorati. Il risultato è illustrato in una ricerca pubblicata su Nature Communications, firmata da un team dell’Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, dell’Università di Granada, dell’azienda pubblica Wismut e dell’European Synchrotron Radiation Facility di Grenoble.
Il campione d’acqua arrivava dalla miniera di uranio di Schlema-Alberoda, situata in Sassonia. Si tratta dunque di un residuo dell’attività mineraria, non di liquidi provenienti da un impianto nucleare per la produzione di energia. Il sito estrattivo ha cessato l’attività nel 1990 ed è stato successivamente sommerso, ma il trattamento delle acque prosegue ancora oggi.
Contenitori da due litri, glicerolo e centotrenta giorni di attesa
Gli scienziati hanno riempito recipienti da due litri con acqua raccolta all’ingresso dell’impianto di depurazione. A questa hanno aggiunto 10 millimoli per litro di glicerolo, lasciando poi i campioni al buio, privi di ossigeno e a una temperatura costante di 28 gradi, per 130 giorni. Ogni condizione sperimentale è stata replicata tre volte. I microrganismi coinvolti erano quelli naturalmente presenti nelle acque della miniera: protagonista dell’esperimento è quindi un’intera comunità microbica, composta da specie e funzioni diverse, e non il classico singolo batterio ‘eroico’.
I campioni di controllo permettono di ridimensionare l’entusiasmo iniziale. Senza glicerolo, l’uranio disciolto è sceso di circa il 25%; nell’acqua sterilizzata a cui era stato comunque aggiunto glicerolo, la riduzione è stata del 36%. Parte del metallo, infatti, può semplicemente aderire alle pareti dei contenitori, alla biomassa o alle particelle minerali presenti.
Con microrganismi vivi e glicerolo aggiunto, invece, la diminuzione ha toccato il 96%. Nei primi venti giorni il processo procedeva lentamente, oscillando tra il 5 e il 20%, per poi accelerare nettamente. Il valore finale, 0,04 milligrammi per litro, risulterebbe inferiore ai limiti di scarico previsti in Sassonia, che secondo i ricercatori oscillano tra 0,20 e 0,50 milligrammi per litro. Va ricordato che si tratta comunque del risultato ottenuto in un sistema chiuso e controllato, ben diverso da una miniera allagata all’aperto.
Il glicerolo ha favorito lo sviluppo dei batteri fermentativi, che lo hanno convertito in acidi organici e idrogeno. Questi sottoprodotti hanno poi nutrito microrganismi in grado di ridurre solfati e metalli, tra cui specie appartenenti ai generi Desulfobulbus e Desulfovibrio.
Il meccanismo potrebbe aver agito sia in modo diretto, tramite enzimi microbici, sia indirettamente attraverso solfuro di idrogeno e ferro ridotto. I dati disponibili non consentono di attribuire una percentuale precisa a ciascun processo. Si tratta di una catena di reazioni biologiche e chimiche intrecciate, non certo di un singolo ‘morso’ all’uranio.
La radioattività non svanisce: a cambiare sono forma e capacità di spostarsi
In presenza di ossigeno, l’uranio esavalente – indicato con la sigla U(VI) – forma complessi solubili in grado di muoversi insieme all’acqua. Quando riceve elettroni, però, può passare a stati di ossidazione inferiori e precipitare assumendo forme solide.
Le osservazioni al microscopio hanno rivelato aggregati ricchi di uranio sulla superficie delle cellule batteriche, oltre a nanoparticelle di dimensioni comprese perlopiù tra due e tre nanometri. Su un totale di 231 particelle analizzate in cinque cellule, il 55,4% è risultato essere FeU(V)O4, un composto contenente uranio pentavalente; il 40,3% era uraninite, formata da uranio tetravalente. La quota restante, piuttosto modesta, era pirite.
La scoperta più sorprendente riguarda proprio la presenza di uranio pentavalente, U(V). Questo stato chimico viene generalmente considerato instabile, una sorta di tappa intermedia tra l’uranio esavalente – mobile – e quello tetravalente, molto meno solubile.
Nell’esperimento, tuttavia, una porzione di U(V) è rimasta stabile per l’intera durata dei 130 giorni in assenza di ossigeno. Un campione del precipitato è stato poi esposto all’aria per quattro settimane. Al termine di questo periodo, l’uranio pentavalente costituiva ancora il 53% del totale analizzato, mentre il 40% era tornato alla forma esavalente e il 7% restava tetravalente.
Il test evidenzia contemporaneamente il lato promettente e il limite della scoperta. Il composto FeU(V)O4 ha resistito all’ossigeno meglio di quanto previsto; tuttavia, una parte significativa dell’uranio si è comunque riossidata, tornando alla forma più mobile e potenzialmente pericolosa. Quattro settimane, peraltro, dicono ancora poco su ciò che potrebbe accadere dopo anni trascorsi nel sottosuolo.
Dal laboratorio alle gallerie sommerse
L’acqua di Schlema-Alberoda viene già oggi sottoposta a trattamento tramite aerazione, rimozione dell’anidride carbonica e aggiunta di sostanze alcaline, che favoriscono la precipitazione di uranio e altri contaminanti. I solidi ottenuti vengono poi separati, diventando fanghi da gestire con cura.
Nel suo rapporto ambientale del 2024, Wismut dichiara per l’impianto un’efficienza di abbattimento pari a circa il 90% per l’uranio e al 95% per l’arsenico. Il sistema funziona, ma richiede un’attività costante nel tempo, genera rifiuti secondari e non offre certo garanzie rassicuranti su una scadenza definitiva.
Stimolare direttamente i batteri presenti nelle acque sotterranee potrebbe alleggerire il carico destinato all’impianto di trattamento. Il glicerolo, tra l’altro disponibile anche come sottoprodotto della lavorazione del biodiesel, comporterebbe costi contenuti. Durante l’esperimento sono diminuite anche le concentrazioni di ferro, solfati e arsenico, rispettivamente del 98%, 68% e 44%. Ogni intervento, dunque, va a modificare un equilibrio chimico ben più complesso del solo uranio, con effetti che meritano ulteriori studi prima di pensare a distribuire glicerolo direttamente nelle gallerie minerarie.
Per ora, il risultato resta confinato dentro bottiglie da due litri. Nella miniera vera e propria occorrerà dimostrare che l’uranio rimanga immobile per anni, anche al variare di ossigeno, pH, flussi d’acqua e disponibilità di nutrienti. Riuscire a bloccarlo per 130 giorni rappresenta senz’altro un buon punto di partenza. Una bonifica completa, però, richiede comprensibilmente tempistiche ben più lunghe.