Combining phytoremediation potential of Lemna gibba with biochar adsorption technology for cadmium, nickel and lead removal from wastewater

L'acqua è il sangue vitale del nostro pianeta, ma è sempre più gravata da tossine invisibili. Tra le più pericolose di queste ci sono i metalli pesanti come cadmio, nichel e piombo. Questi elementi non si decompongono né scompaiono; al contrario, persistono nell'ambiente, accumulandosi nel suolo e nell'acqua fino a raggiungere livelli che danneggiano gli ecosistemi e la salute umana. Entrano nei nostri fiumi e nelle nostre zone umide attraverso i rifiuti industriali, l'attività mineraria e il deflusso agricolo, ponendo seri rischi come malattie renali e disturbi neurologici. Poiché questi metalli sono così ostinati, la loro rimozione è difficile. I metodi tradizionali spesso si affidano a sostanze chimiche costose o a macchinari ad alto consumo energetico che molte regioni in via di sviluppo non possono permettersi. Ciò ha spinto gli scienziati a cercare risposte nella natura, in particolare nella capacità delle piante viventi di assorbire gli inquinanti e nel potenziale di trasformare quelle piante in materiali capaci di intrappolare le tossine.

In uno studio recente, ricercatori in Malesia e Iraq hanno esplorato una strategia in due fasi per affrontare questo problema utilizzando una piccola pianta acquatica galleggiante nota come lenticchia d'acqua, specificamente la specie Lemna gibba. Questa pianta è comune nei corsi d'acqua locali e cresce rapidamente, il che la rende un candidato promettente per la pulizia dell'acqua. Il team ha investigato un approccio duplice: prima, hanno testato quanto bene la pianta viva potesse rimuovere cadmio, nichel e piombo dall'acqua contaminata. Secondo, hanno preso la stessa pianta dopo che aveva svolto il suo compito, l'hanno essiccata e riscaldata in un ambiente controllato senza ossigeno per creare una sostanza simile al carbone chiamata biochar. Hanno poi testato questo biochar per vedere se potesse agire come una potente spugna per assorbire i metalli. L'obiettivo era vedere se l'utilizzo della pianta due volte — una come organismo vivo e una come materiale lavorato — potesse offrire un modo a basso costo e sostenibile per purificare le acque reflue.

I ricercatori hanno iniziato creando acque reflue artificiali in laboratorio, mescolando acqua con quantità precise di cadmio, nichel e piombo a concentrazioni compresi tra 0,5 e 5,0 milligrammi per litro. Hanno inserito 30 grammi di lenticchia d'acqua viva in contenitori contenenti tre litri di quest'acqua inquinata e hanno osservato cosa accadeva per quindici giorni. Hanno misurato i livelli di metallo quotidianamente per monitorare quanto la pianta assorbisse. I risultati sono stati sorprendenti. La lenticchia d'acqua viva si è dimostrata altamente efficace, rimuovendo quasi tutto il piombo e il cadmio dall'acqua, anche ad alte concentrazioni. Anche il nichel è stato rimosso efficientemente, sebbene leggermente meno degli altri due metalli. Il processo è stato rapido all'inizio, con la pianta che ha assorbito la maggior parte delle tossine entro i primi dieci giorni, prima di rallentare man mano che raggiungeva il proprio limite. Tuttavia, lo studio ha notato che i metalli pesanti hanno dato il loro peso alla pianta; alla fine dell'esperimento, le foglie erano diventate gialle, un segno di stress causato dall'ambiente tossico.

Sebbene la pianta viva funzionasse bene, i ricercatori volevano sapere se la pianta potesse fare ancora di più dopo la fine del suo ciclo vitale. Hanno preso la lenticchia d'acqua, l'hanno essiccata e riscaldata per creare biochar, un processo che ha prodotto circa il 44,5 percento di carbone dal materiale vegetale originale. Esaminando questo nuovo materiale al microscopio, hanno visto che era diventato altamente poroso, pieno di piccoli fori e canali che fornivano una vasta superficie per intrappolare i metalli. Hanno poi inserito questo biochar in nuovi lotti di acqua contaminata per vedere quanto bene adsorbisse le tossine. Il biochar ha performato eccezionalmente bene, spesso ripulendo l'acqua dai metalli in modo più efficiente rispetto alla pianta viva, sebbene la velocità variasse a seconda del metallo e della concentrazione. Mentre la pianta viva richiedeva fino a 15 giorni per raggiungere la rimozione massima, il biochar raggiungeva l'equilibrio entro 12 o 48 ore, con alcune concentrazioni che raggiungevano la rimozione completa in un solo giorno. Il biochar ha mostrato una particolare forza nel catturare il piombo, seguito da cadmio e poi nichel, probabilmente a causa delle specifiche proprietà chimiche della superficie del carbone.

Lo studio conclude che combinare questi due metodi offre una soluzione potente e circolare per il trattamento dell'acqua. La pianta viva può essere utilizzata per pulire grandi volumi d'acqua nel tempo e, una volta esaurito il suo scopo, può essere convertita in un materiale filtrante altamente efficiente per rifinire ulteriormente l'acqua o trattare nuovi lotti. Questo approccio trasforma un prodotto di scarto in una risorsa preziosa, massimizzando l'utilità della biomassa. I ricercatori hanno scoperto che, mentre la pianta viva è eccellente per una pulizia lenta e su larga scala, il biochar è superiore per una rimozione rapida e ad alta efficienza. Utilizzando la stessa pianta per entrambi i ruoli, il metodo minimizza gli sprechi e fornisce una strategia conveniente che potrebbe essere particolarmente utile in regioni dove l'inquinamento industriale è elevato ma le infrastrutture di trattamento avanzate sono carenti. Questo doppio uso dei propri materiali naturali suggerisce una via verso un'acqua più pulita che sia al contempo ecologicamente sostenibile ed economicamente fattibile.