Materie prime critiche come potenziali contaminanti ambientali emergenti, loro modelli di distribuzione, rischi e comportamento nei terreni delle pianure alluvionali contaminati da metalli pesanti

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 9597 (2023) Citare questo articolo

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La crescente domanda di nuove materie prime critiche può portare a un loro maggiore rilascio nell’ambiente sotto forma di contaminanti ambientali emergenti (CEE). Tuttavia, non è mai stato condotto uno studio completo che tenesse conto del contenuto totale di CEE, del contenuto delle varie frazioni di CEE, del loro comportamento nei terreni delle pianure alluvionali e dei potenziali rischi ecologici e per la salute umana. La presenza, le frazioni e i fattori d'influenza dei sette EEC (Li, Be, Sr, Ba, V, B, Se) provenienti da attività minerarie storiche nei suoli delle pianure alluvionali di vari ecosistemi (terreni arabili, praterie, zone ripariali, siti contaminati) sono stati indagato. Dalla valutazione dei livelli complessivi di EEC (elementi potenzialmente tossici) rispetto ai valori guida del suolo stabiliti dalla normativa europea per Be, Ba, V, B e Se, è emerso che solo il Be non supera i limiti raccomandati . Tra gli elementi analizzati, il Li aveva il fattore di contaminazione medio (CF) più alto pari a 5,8, seguito da Ba con 1,5 e B con 1,4. Particolarmente preoccupante è stata la scoperta di un potenziale grave rischio per la salute associato all'esposizione al litio per i bambini, come indicato da quozienti di rischio compresi tra 0,128 e 1,478. Ad eccezione del Be e del Se, la suddivisione dei TEE nelle diverse frazioni ha rivelato che i TEE sono prevalentemente legati alla frazione residua. Be (13,8%) aveva la percentuale più alta di frazione scambiabile come la più biodisponibile nel primo strato di terreno, seguito da Sr (10,9%), Se (10,2%), Ba (10,0%) e B (2,9%). Le correlazioni osservate più frequentemente erano tra le frazioni EEC e pH/KCl, seguite da carbonio organico nel suolo e ossidi idrati di manganese. Le analisi della varianza hanno confermato l'impatto di diversi ecosistemi sul contenuto totale e sulle frazioni della CEE.

A livello globale, la domanda di nuove materie prime critiche (CRM) sta crescendo molto rapidamente. L'elenco UE del 2020 contiene 30 materiali tra cui litio, berillio, stronzio, vanadio, barite (solfato di bario) e borati (minerali naturali contenenti boro)1. Il selenio è stato identificato come materiale critico nella valutazione del 20112. Questa crescente importanza globale e la domanda di CRM possono portare ad un aumento indesiderato del loro rilascio nell’ambiente. Pertanto, molti di questi CRM hanno attirato l’attenzione anche della comunità scientifica in quanto contaminanti ambientali emergenti (CEE). La contaminazione ambientale di questi elementi può essere collegata al loro uso estensivo, ad esempio al litio nei telefoni cellulari e nei farmaci stabilizzatori dell'umore3; Essere nel settore dell'elettronica, delle telecomunicazioni, dell'energia nucleare e dell'industria4; i composti del bario sono utilizzati come riempitivi o additivi nei prodotti industriali; il vanadio è utilizzato come additivo nelle leghe di acciaio e titanio e come catalizzatore per prodotti chimici; i borati sono ingredienti importanti in una varietà di prodotti domestici e commerciali. Ad oggi, la ricerca non è riuscita a fornire un quadro chiaro di come l’aumento della produzione di CRM come EEC incida negativamente su tutti i comparti dell’ambiente3. Esiste un'ampia varietà di EEC inorganici e organici5.

Il rilascio di EEC inorganici industriali nell'ambiente può anche essere correlato alle attività minerarie che sono principalmente responsabili del rilascio di contaminanti ambientali tradizionali (TEC). Gli EEC che non sono stati riconosciuti prima o che hanno attirato meno attenzione non esercitano una tossicità acuta ma esercitano i loro effetti in modi più nascosti6. Inoltre, un maggiore utilizzo e smaltimento dei CRM può contribuire ad aumentare l’esposizione degli EEC. L'acqua potabile e le piante rappresentano spesso la via principale di esposizione per molti paesi europei alla catena alimentare7. Entrambi dipendono dal comportamento degli EEC nel suolo che può essere completamente diverso dai TEC6. Mancano informazioni sui modelli di distribuzione e sul comportamento di molti EEC nel suolo. Le aree adatte per questa ricerca sono quelle in cui le passate attività minerarie hanno lasciato impronte ambientali negative legate alla contaminazione del suolo da parte di metalli pesanti. Gli accessori in metalli pesanti possono semplicemente essere CEE con proprietà chimiche diverse. A questo proposito, particolare attenzione dovrebbe essere prestata ai terreni delle pianure alluvionali. Nelle pianure alluvionali, la contaminazione può verificarsi sia da fonti geogeniche che antropiche. Inoltre, i sistemi di drenaggio e i flussi d’acqua possono contribuire al trasporto e alla diffusione della contaminazione. Inoltre, la contaminazione può incidere negativamente anche su rari ecosistemi alluvionali naturali e artificiali distanti, con un possibile impatto negativo sulla salute umana.