Una molecola capace di catturare l’oro dai rifiuti elettronici quando riceve un impulso elettrico e di liberarlo quando la corrente viene invertita. È il risultato ottenuto dagli ingegneri chimici dell’Università dell’Illinois Urbana-Champaign, che hanno sviluppato un nuovo sistema per rendere l’estrazione dei metalli preziosi meno dipendente da acidi, basi e altri reagenti. Nei test di laboratorio il consumo di sostanze chimiche è stato ridotto da dieci fino a cento volte rispetto ai processi sui quali si basa la separazione tradizionale.

La ricerca, coordinata dal professor Xiao Su e pubblicata su ACS Energy Letters, non significa ancora che oro e terre rare possano essere recuperati industrialmente dai vecchi smartphone semplicemente collegandoli alla corrente. Il risultato riguarda una fase precisa del processo di riciclo, quella in cui gli ioni metallici già disciolti in una soluzione devono essere selezionati, trasferiti e successivamente recuperati. Ed è proprio questo passaggio che il gruppo americano è riuscito a elettrificare quasi completamente.

Una molecola che svolge tre lavori

La novità è racchiusa nella struttura dell’estrattore. La molecola progettata dai ricercatori combina tre proprietà che normalmente richiedono componenti differenti: riconosce e lega selettivamente determinati ioni metallici, rimane solubile nella fase organica utilizzata per separarli e possiede una carica elettrica permanente. Quest’ultima caratteristica permette al liquido di condurre corrente senza dover aggiungere un elettrolita esterno.

In pratica la molecola funziona come una piccola navetta comandata elettricamente. Cambiandone lo stato attraverso la corrente, i ricercatori possono farle catturare il complesso contenente l’oro e trasferirlo nella fase organica. Un successivo impulso provoca il rilascio del metallo e riporta l’estrattore nelle condizioni per essere utilizzato nuovamente. Il ciclo può così essere governato dall’elettricità invece che dall’aggiunta ripetuta di sostanze chimiche.

È questo il salto rispetto ai precedenti lavori dello stesso laboratorio. Nel 2024 il gruppo di Su aveva già dimostrato un processo continuo di estrazione liquido-liquido mediata elettrochimicamente, chiamato e-LLE, applicato all’oro e ai metalli del gruppo del platino. Quella tecnologia aveva eliminato una parte consistente dei reagenti, ma continuava ad aver bisogno di sostanze aggiuntive per completare il ciclo. La nuova molecola incorpora invece la funzione che mancava.

L’oro recuperato dai rifiuti elettronici

Per dimostrare che il principio funzionasse su materiali reali, il gruppo ha utilizzato liquidi di lisciviazione ottenuti da rifiuti elettronici, nei quali i metalli presenti nei dispositivi erano già stati portati in soluzione. Da quella miscela la molecola è riuscita a recuperare selettivamente l’oro.

La precisazione è importante. Il nuovo metodo non elimina necessariamente tutte le operazioni chimiche che precedono il recupero di un metallo da un circuito stampato. I rifiuti devono prima essere trattati affinché oro, rame e gli altri elementi passino dalla componente solida a una soluzione processabile. L’innovazione interviene nella successiva separazione e purificazione, una fase industriale che tradizionalmente può richiedere grandi quantità di reagenti e generare altrettanti flussi di scarto.

Nel nuovo sistema, invece, l’elettricità sostituisce parte di quella chimica. Secondo i risultati riportati dall’Università dell’Illinois, il fabbisogno di reagenti è inferiore di uno o due ordini di grandezza. La riduzione dei consumi energetici complessivi resta invece una prospettiva da verificare su impianti più grandi: il lavoro pubblicato descrive una dimostrazione di laboratorio, non ancora un processo industriale completo.

Non soltanto oro

L’oro è stato il banco di prova, ma l’obiettivo dei ricercatori è più ampio. Il principio consiste nel modificare la chimica della molecola affinché riconosca metalli differenti, mantenendo sostanzialmente invariata la piattaforma elettrochimica che ne controlla cattura e rilascio.

Il gruppo ritiene che lo stesso approccio possa essere adattato ai metalli del gruppo del platino, presenti per esempio nei catalizzatori automobilistici esausti, e in prospettiva ad altre materie prime critiche contenute nei residui minerari e negli scarti industriali. Non significa che tutti questi elementi siano già stati recuperati con la nuova molecola: lo studio sull’oro stabilisce soprattutto le regole di progettazione necessarie per costruire nuovi estrattori selettivi.

È una distinzione decisiva anche sul piano industriale. La possibilità di utilizzare lo stesso impianto elettrico cambiando la molecola in funzione del metallo da recuperare renderebbe il sistema modulare. Un impianto potrebbe, almeno in prospettiva, trattare flussi differenti selezionando di volta in volta l’estrattore più adatto.

La sfida adesso è uscire dal laboratorio

Il vero banco di prova sarà la scala industriale. Il gruppo di Xiao Su sta già lavorando alla progettazione di nuove molecole e punta a utilizzare modellazione computazionale e intelligenza artificiale per accelerare la ricerca degli estrattori più efficaci e selettivi. Lo stesso studio indica lo scale-up come la fase successiva necessaria per capire se il metodo possa mantenere prestazioni, stabilità e convenienza economica quando i volumi aumentano.

Il progetto si inserisce in una linea di ricerca avviata da anni nell’ateneo americano. Nel precedente sistema e-LLE, pubblicato nel 2024, i ricercatori erano riusciti a estrarre selettivamente oro e metalli del gruppo del platino e a riciclare il solvente all’interno di un circuito quasi chiuso. Il nuovo lavoro interviene ora sulla molecola stessa, eliminando un altro passaggio chimico e avvicinando l’idea di una separazione controllata quasi interamente attraverso l’elettricità.

Se il passaggio dal laboratorio all’impianto riuscirà, il risultato potrebbe trasformare una parte importante del riciclo elettronico: non più soltanto recuperare oro da ciò che oggi consideriamo un rifiuto, ma farlo consumando molti meno reagenti e progettando molecole diverse per inseguire, una per una, le materie prime strategiche nascoste nei nostri dispositivi dismessi.