Proceso eficaz de reciclado de tierras raras mediante biolixiviación y bioacumulación
Gran potencial en la recuperación de materiales valiosos a partir de residuos electrónicos: hasta un 85% de recuperación de tierras raras conseguida en laboratorio
Una colaboración de investigación entre la BOKU de Tulln y la Universidad IMC de Ciencias Aplicadas de Krems aprovecha el perfeccionamiento de la biolixiviación y la bioacumulación para desarrollar un proceso en dos fases, respetuoso con el medio ambiente y sostenible, para recuperar tierras raras. En la etapa de bioacumulación se han conseguido tasas de recuperación de metales de hasta el 85% a partir de chatarra electrónica. La clave del éxito reside en la combinación de procesos biotecnológicos. Las prometedoras bases de estos métodos, actualmente en fase de desarrollo, se publicaron recientemente en la revista Frontiers in Microbiology.
El fuerte aumento de la demanda de aparatos electrónicos en los últimos años, utilizados en una amplia gama de dispositivos electrónicos como teléfonos móviles, vehículos eléctricos y ordenadores, ha provocado un incremento de los residuos que contienen tierras raras. La mayor parte de estos residuos siguen acabando en los vertederos sin ser utilizados, a pesar de que las tierras raras son una importante fuente de materias primas e incluso han sido clasificadas como materias primas críticas por la UE. Por este motivo, se están investigando intensamente métodos eficaces de recuperación. En comparación con otros métodos, los métodos de biolixiviación y bioacumulación basados en la microbiología representan una prometedora tecnología alternativa "verde" para recuperar materias primas críticas a partir de residuos electrónicos. Es rentable, no produce residuos secundarios peligrosos o contaminantes y consume menos energía. Los principios básicos de los procesos se basan en la producción de ácidos por parte de determinados microorganismos que pueden "lixiviar" ciertos metales como el hierro, el cobre o el aluminio de los residuos electrónicos. Estos metales interfieren en el proceso de absorción de las valiosas tierras raras en la posterior bioacumulación. Ambos métodos llevan tiempo siendo investigados por los dos socios, la BOKU de Tulln y la Universidad de Ciencias Aplicadas IMC de Krems, y ahora los equipos de investigación han unido sus fuerzas en una prometedora colaboración y han combinado sus conocimientos.
"Nada viene de la nada": formación para microbios
Además de los investigadores, en el estudio actual participaron otros agentes clave del proceso de biolixiviación, que se resumen en la tecnología conjunta: Bacterias de distintas especies. Por ejemplo, en el proceso de biolixiviación se utilizaron Acidithiobacillus thiooxidans y Alicyclobacillus disulfidooxidans, que se recogieron originalmente en un lago minero ácido (pH 2,6) de la República Checa y luego se cultivaron juntos en el laboratorio. Estos organismos acidófilos y quimiolitotróficos prosperan en medios ácidos y obtienen su energía de la oxidación de compuestos inorgánicos. En términos de bioacumulación, Escherichia coli, la conocida bacteria intestinal, demostró ser el acumulador de tierras raras con más éxito.
El principal reto práctico para el proceso de enriquecimiento utilizado para recuperar tierras raras es el alto contenido de otros metales que suelen encontrarse en los residuos electrónicos. En concreto, el hierro, el cobre y el aluminio interfieren en el proceso biotecnológico. Para superar este problema, los investigadores idearon otra opción innovadora: "entrenar" a los microbios. Utilizando un dispositivo llamado morbidostato desarrollado en el IST-Klosterneuburg, los organismos se acostumbran gradualmente a concentraciones más elevadas de metales. Sin embargo, el proceso de bioacumulación debe llevarse a cabo con cuidado para que los organismos no pierdan su capacidad de acumular las valiosas sustancias.
Eficacia por etapas
Los métodos utilizados actualmente para extraer tierras raras se basan en procesos químicos, que están asociados a la formación de subproductos perjudiciales para el medio ambiente y a la creación de nuevas sustancias problemáticas. La combinación de métodos biotecnológicos presenta claras ventajas sobre los métodos químicos, ya que tanto la lixiviación como la acumulación en las células de las bacterias son respetuosas con el medio ambiente y sostenibles, y no se producen sustancias peligrosas o contaminantes en ninguna fase del proceso. Sin embargo, es necesario seguir investigando para superar la gran variación en la composición de los residuos electrónicos. Aunque se modifique la concentración de metales interferentes como el aluminio, el hierro o el cobre, la tecnología debe funcionar de forma que los resultados sean reproducibles y fiables. Los investigadores de la BOKU y el IMC de Krems están aplicando varias estrategias para conseguirlo. Otra estrategia consiste en aclimatar las bacterias responsables de la biolixiviación y la bioacumulación a altas concentraciones de metales interferentes. Esto es posible utilizando un sistema denominado morbidostato. En este sistema, los microorganismos se exponen a una concentración gradualmente creciente de metales interferentes y luego se espera hasta que se produce la aculturación y los organismos comienzan a crecer más.
Junto con el acondicionamiento de los microorganismos, se están probando sistemas que puedan provocar una reducción de la concentración de metales interferentes. Entre los materiales que se investigan figuran los llamados hidrogeles de lignina desarrollados en la BOKU. La combinación de estas estrategias pretende garantizar la eficacia y sostenibilidad de la innovadora combinación de biolixiviación y bioacumulación con el fin de desarrollar un nuevo método respetuoso con el medio ambiente para reciclar las escasas tierras raras.
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