Microonde per recuperare il fosforo dai fanghi di depurazione
Tecnica green per trasformare uno scarto in un concime agricolo, sviluppata da una ricerca internazionale guidata dall’Università degli Studi di Brescia.
Usare le microonde per recuperare dai fanghi di depurazione il fosforo, elemento critico fondamentale per la concimazione in agricoltura: un metodo innovativo a basso impatto ambientale ed energetico e che punta a ridurne le importazioni nell’ottica di un’economia circolare.
A sviluppare la tecnica è la ricerca coordinata dall’italiana Elza Bontempi, del Consorzio Interuniversitario Nazionale per la Scienza e Tecnologia dei Materiali INSTM e dell’Università degli Studi di Brescia, in collaborazione con Carlo Punta, del Politecnico di Milano e l’Università di Porto e pubblicata sulla rivista scientifica Journal of Cleaner Production.
La sfida del fosforo
Il fosforo è un nutriente insostituibile per la crescita delle piante, ma le riserve mondiali di roccia fosfatica sono limitate e concentrate in pochi paesi fuori dall’Europa. Anche per questo è considerato una materia prima critica dall’Unione Europea, a causa della forte dipendenza dalle importazioni e dei rischi legati alla sua disponibilità futura.
“Oggi il fosforo è ottenuto principalmente da minerali fosfatici, estratti da miniere – ha detto Carlo Punta – il nostro lavoro mira invece a sviluppare un metodo sostenibile per recuperare il fosforo dai fanghi di depurazione e trasformare così un rifiuto in qualcosa di molto più prezioso”.
Sebbene le ceneri derivanti dall’incenerimento dei fanghi di depurazione urbana (SSA) rappresentino un ricco serbatoio di questo elemento, la loro applicazione diretta in agricoltura è ostacolata dalla presenza di fosfati scarsamente solubili e quindi poco disponibili per le piante. Per risolvere questo problema, il gruppo di ricerca ha sviluppato un trattamento termochimico assistito da microonde, in cui la cenere viene riscaldata ad alte temperature (800–1000 °C) in presenza di additivi. Il processo permette di trasformare i composti in cui è presente il fosforo in composti in cui il fosforo è più facilmente assimilabile dalle piante.
In particolare, la ricerca introduce un trattamento termochimico assistito da microonde che, attraverso l’aggiunta di additivi alcalini (come il bicarbonato di sodio) e antracite, trasforma i minerali inattivi delle ceneri in forme di fosfato altamente bio-disponibili, come la buchwaldite. Il cuore dell’innovazione risiede nell’uso del riscaldamento ibrido a microonde, che permette di raggiungere temperature elevate in tempi rapidi, favorendo reazioni chimiche che trasformano la struttura del materiale. I test hanno dimostrato che, utilizzando il bicarbonato di sodio a 800 °C, si ottiene un prodotto con una solubilità del fosforo superiore al 99% in citrato ammonico neutro, superando ampiamente i requisiti stabiliti dai regolamenti europei (Regolamento UE 2019/1009).
Applicazione sul campo
Le caratteristiche dei materiali trattati sono poi state testate sul campo, con prove agronomiche, coordinate da Andrea Mastinu, docente dell’Università di Brescia, confermando che i composti di fosforo ottenuti funzionano come fertilizzante: a concentrazioni intermedie si osservano aumenti della biomassa fino al 30% e della lunghezza delle radici fino al 25%, senza effetti tossici significativi. In particolare, l'efficacia del nuovo fertilizzante è stata confermata da test di germinazione e crescita in serra su specie come il Sorghum vulgare (sorgo) e la Brassica rapa. Inoltre, dal punto di vista della sostenibilità, l'analisi effettuata con il metodo ESCAPE ha evidenziato che il processo a microonde può ridurre il consumo energetico di circa il 43% rispetto ai forni elettrici convenzionali. Inoltre, l’impronta di carbonio risulta inferiore rispetto ai processi industriali attualmente considerati standard, specialmente se alimentata da fonti di energia rinnovabile.
“Dal punto di vista ambientale – ha aggiunto Sonia Calce, dottoranda dell’Università di Brescia che lavora sul progetto – il processo a microonde risulta più efficiente rispetto ai metodi tradizionali, con un consumo energetico inferiore e un impatto ambientale ridotto, soprattutto se alimentato con energia rinnovabile”.
“Questo studio dimostra che è possibile chiudere il ciclo del fosforo in modo efficiente”, ha aggiunto Andrea Mastinu. "Trasformare un rifiuto complesso come le ceneri dei fanghi in una risorsa preziosa – ha concluso – non solo riduce la dipendenza dalle importazioni di materie prime critiche, ma promuove una gestione dei nutrienti più rispettosa dell'ambiente".
Informazioni sulla ricerca
Lo studio è stato supportato dai progetti F.O.S.F.O.R.O. (cofinanziato dalla Regione Lombardia e dall’Unione Europea) e RHIGUS (finanziato dal MUR). Il lavoro è stato realizzato da S. Calce, M. Massa, P. Pachaiappan, A. Mannu e A. Zacco di INSTM e Università di Brescia, B. Valentim, dell’Università di Porto, C. Punta, di INSTM e Politecnico di Milano, V. Popescu e A. Mastinu, dell’Università di Brescia.
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