Innovazione

Zeolite, impieghi in agricoltura e zootecnia, bonifiche e salute umana

Zeolite, impieghi in agricoltura e zootecnia, bonifiche e salute umana

Zeolite, la pietra che bolle. Il mineralogista svedese Alex F. Cronstedt, nel 1756, ha coniato questo termine – dal greco ‘bollire’ (zein) e ‘pietra’ (lithos) – per descrivere una famiglia di minerali che, ove sottoposti a riscaldamento, sembrano bollire per via della rapida perdita dell’acqua in essi contenuta.

Le zeoliti sono minerali microporosi con ampie cavità strutturali. Ne esistono in natura 46 tipi e proprio in Italia si estraggono quelle con le maggiori capacità di scambio cationico. Con applicazioni molto interessanti in agricoltura e zootecnia – oltreché per la salute umana – a tutt’oggi sottovalutate.

Zeolite in agricoltura

L’impiego della zeolite naturale in agricoltura ha antiche tradizioni in alcune aree del Giappone, ove clinoptilolite e mordenite sono tuttora utilizzate per il controllo del pH del suolo.

Ulteriori applicazioni legate agli aspetti nutrizionali dei vegetali derivano dalla capacità della zeolite di fungere da agente a lento rilascio nel suolo e di migliorare quindi la ritenzione dei composti azotati e dei nutrienti in generale.

Utile alla fertilità del suolo

Lo scambio ionico ha un ruolo fondamentale in agricoltura ed è un supporto prezioso anche nell’agricoltura bio. L’addizione di zeolite al suolo si traduce in un incremento della capacità di scambio nei confronti dei nutrienti, e in definitiva in un miglioramento della fertilità del terreno. Le zeoliti aggiunte al terreno, soprattutto quelle ricche in  K+, rilasciano infatti il potassio con gradualità, in relazione alle esigenze delle piante.

Tali materiali possono venire altresì ‘caricati’ con composti azotati di matrice organica i quali a loro volta vengono rilasciati lentamente, con ridotta dispersione nell’ambiente e più efficiente l’assorbimento da parte delle colture. La permanenza nel terreno consente poi di svolgere nel tempo una funzione di ‘volano’ per gli elementi nutritivi a carica positiva.

Una difesa naturale delle piante

La zeolite è utile anche come coadiuvante nella difesa della coltura, grazie a una triplice azione:

– disidratante sulla superficie di foglie e frutti. Così da impedire l’instaurarsi di un microclima idoneo allo sviluppo di patogeni fungini,

– protezione verso gli insetti, con una barriera protettiva ad azione meccanica d’intensità discreta sulle foglie e sui frutti,

– corroborante (per stimolo e rafforzamento delle difese delle piante), in virtù della struttura cristallina ben definita con un reticolo anionico che genera particolari campi elettrici. I quali a loro volta stimolano le difese immunitarie e favoriscono la cicatrizzazione delle lesioni – su rami, frutti e foglie – causate da fattori biotici e abiotici.

Zootecnia, i benefici sugli animali e nella gestione dei liquami

In zootecnia, le zeoliti sono impiegate con successo per alimentare gli animali e gestire i liquami.

L’integrazione dei mangimi con zeolite (in quota 5-6%) è associata a incremento di peso degli animali e ridotta incidenza di malattie e affezioni varie. La clinoptilolite in particolare riduce la tossicità dell’ammonio e dell’urea negli animali, assorbendo le componenti volatili azotate.

Gli effetti fisiologici delle zeoliti naturali sono attribuiti alla loro alta capacità di scambio e l’elevata selettività mostrata per le specie – quali NH4+, Pb2+, Cd2+, Cu2+, Cs+ e altri cationi – che possono accumularsi nei tessuti animali.

Le zeoliti possono poi trovare impiego nella gestione degli effluenti, mediante immersione nei liquami. È così possibile caricare le frazioni organiche azotate per poi essere distribuite sul terreno. Questo determina una ridotta carica inquinante residua delle deiezioni animali e, al contempo, la realizzazione di un concime azotato a lento rilascio.

Zeoliti nella rimozione di inquinanti dalle acque reflue

Un’ulteriore applicazione delle zeoliti è nella depurazione delle acque di scarico. Già a partire dagli anni ’50 del secolo scorso sono iniziati gli studi sulle proprietà di scambio cationico delle zeoliti (Colella, 1996), con alcune applicazioni pratiche nella tutela ambientale. La struttura cristallina ben definita delle zeolite, grazie al reticolo anionico che genera particolari campi elettrici, consente perciò di rimovere alcuni cationi inquinanti dalle acque reflue.

Le applicazioni delle zeoliti come scambiatori cationici nel campo della depurazione delle acque riguardano essenzialmente la rimozione di

– NH4+ da acque di scarico urbane e industriali,

– metalli pesanti da acque di scarico industriali,

– radionuclidi da acque di scarico di centrali nucleari.

Zeoliti e benessere della persona

In alcune circostanze e con obiettivi specifici è possibile attivare la zeolite per finalità medicali o di integrazione alimentare, e più in generale per il benessere della persona. In virtù della sua forte capacità di scambio cationico, il minerale si presta così all’impiego in alcuni dispositivi medici e integratori alimentari, con funzioni adiuvanti in alcune terapie ovvero come disintossicante e antiossidante.

L’attivazione è un processo volto a incrementare la porosità o di aumentare la superficie, mediante riduzione delle dimensioni delle particelle. Ciò consente di avere a disposizione un maggior numero di canali capaci di legare più velocemente e più stabilmente tossine, radicali e metalli, incrementandone l’attività. Infatti, partendo da una dimensione di circa 3 m2/g di zeolite, dopo l’attivazione si raggiungono persino i 1000 m2/g.

La funzione detox

Le caratteristiche peculiari della zeolite clinoptilolite attivata sono costituite dalla capacità di legare a livello intestinale radicali liberi, metalli pesanti, ione ammonio e tossine, allontanandole dall’organismo, attività descritte nella definizione stilata dal Nomenclatore Europeo dei dispositivi medici.

Materiali di silice naturali – compresi la zeolite clinoptilotite – rivelano molteplici attività biologiche e sono già impiegate con successo come adiuvante in diverse terapie, con risultati favorevoli sullo stato di salute generale.

Donato Ferrucci e Dario Dongo

Immagine di copertina: Lee, J. K., Turrina, A., Zhu, L., Seo. S., Zhang, D. Cox, P. A., Wright, P. A., Qiu, S. and Hong, S. B.An Aluminophosphate Molecular Sieve with 36 Crystallographically Distinct Tetrahedral Sites.Angew Chem Int Ed. 53 7480-7483 (2014). DOI: 10.1002/anie.201402495

Note

(1) Le zeoliti sono minerali microporosi che appartengono alla classe dei tectosilicati. Presentano una struttura cristallina molto aperta, con cavità di volume che varia dal 30 al 50% del volume dell’intero cristallo. Allo stato naturale le cavità e i canali sono occupati da ioni Na+, K+, Ca2+ (normalmente scambiabili) e molecole d’acqua. In natura sono state identificate circa 60 specie di minerali zeolitici.

La formula chimica è:  (Me (m/z))・[Alm・Sin・O2(m+n)]・qH2O, con Me rappresenta un catione metallico estraneo alla struttura (Li+, Na+, K+,Ca2+, Sr2+, Ba2+, Mg2+, ecc.)

Interessanti sono la capacità di scambio cationico e di adsorbimento. Queste derivano dalla particolare struttura e dei cationi ospiti. Ciò determina che i cationi, presenti nei canali e nelle cavità per bilanciare la carica negativa del reticolo derivante dalla presenza di alluminio in coordinazione tetraedrica, sono legati piuttosto debolmente all’impalcatura anionica della zeolite e possono perciò venire ‘scambiati’ con l’ambiente circostante.

Bibliografia

Anaclelio S. Produzione di ceramici avanzati con tecnologie non convenzionali. Tesi di dottorato in ingegneria dei materiali e delle strutture. Universitá degli Studi di Napoli Federico II. Facoltà di Ingegneria.12.11.09 http://www.agribionotizie.it/la-zeolite/,  https://www.chimicamo.org/chimica-generale/zeoliti.htmlhttp://www.chimdocet.it/solido/file11c.htm

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