Investigadores «entrenan» microbios para proceso eficiente de reciclaje de Tierras Raras, con una tasa de recuperación de hasta el 85% y la ausencia de residuos peligrosos

Actualizado: 05/07/2024

Una investigación conjunta entre BOKU Tulln y la Universidad de Ciencias Aplicadas IMC Krems muestra un gran potencial en la recuperación de materiales valiosos de residuos electrónicos. En el laboratorio, se logró una recuperación de hasta el 85% de tierras raras.

Desarrollo del Proceso de Bioextracción y Bioacumulación

La colaboración entre BOKU Tulln y la Universidad de Ciencias Aplicadas IMC Krems ha permitido el desarrollo de un proceso en dos etapas, ambientalmente amigable y sostenible, para recuperar tierras raras mediante la mejora de la bioextracción y la bioacumulación. En la etapa de bioacumulación, se alcanzaron tasas de recuperación de metales de hasta el 85% a partir de residuos electrónicos.

La clave del éxito radica en la combinación de procesos biotecnológicos. Las bases prometedoras para estos métodos, actualmente en desarrollo, se publicaron recientemente en la reconocida revista Frontiers in Microbiology.

Contexto y necesidad

El aumento abrupto de la demanda de dispositivos electrónicos en los últimos años, utilizados en una amplia gama de aparatos como teléfonos móviles, vehículos eléctricos y computadoras, ha incrementado la cantidad de desechos que contienen tierras raras. La mayoría de estos desechos aún terminan en vertederos sin ser aprovechados, a pesar de que las tierras raras son una fuente importante de materias primas y han sido clasificadas como materias primas críticas por la Unión Europea.

Por esta razón, se están llevando a cabo investigaciones intensivas para encontrar métodos eficientes de recuperación. Comparado con otros métodos, los métodos basados en microbiología, como la bioextracción y la bioacumulación, representan una alternativa tecnológica «verde» prometedora para recuperar materias primas críticas de los residuos electrónicos. Son rentables, no producen residuos secundarios peligrosos o contaminantes y consumen menos energía.

Fundamentos del proceso

Los principios básicos de los procesos se basan en la producción de ácidos por ciertos microorganismos que pueden «lixiviar» metales como hierro, cobre o aluminio de los residuos electrónicos. Estos metales interfieren con el proceso de absorción de las valiosas tierras raras en la bioacumulación subsecuente. Ambos métodos han sido investigados durante algún tiempo por los dos socios, BOKU Tulln y la Universidad de Ciencias Aplicadas IMC Krems, y los equipos de investigación ahora han unido fuerzas en una colaboración prometedora y combinado su experiencia.

«Nada Viene de la Nada»: Entrenamiento para Microbios

Además de los investigadores, en el estudio actual participaron otros actores clave en el proceso de bioextracción, resumido en la tecnología conjunta: bacterias de diferentes especies. Por ejemplo, se utilizaron Acidithiobacillus thiooxidans y Alicyclobacillus disulfidooxidans, que se recogieron originalmente de un lago minero ácido (pH 2.6) en la República Checa y luego se cultivaron juntos en el laboratorio.

Estos organismos acidófilos y quimiolitotróficos prosperan en ambientes ácidos y obtienen su energía de la oxidación de compuestos inorgánicos. En términos de bioacumulación, Escherichia coli, la conocida bacteria intestinal, demostró ser la acumuladora más exitosa de tierras raras.

Desafíos Prácticos y Soluciones Innovadoras

El principal desafío práctico para el proceso de enriquecimiento utilizado para recuperar tierras raras es el alto contenido de otros metales típicamente encontrados en los residuos electrónicos. En particular, el hierro, el cobre y el aluminio interfieren con el proceso biotecnológico. Para superar este problema, los investigadores idearon otra opción innovadora: «entrenar» a los microbios. Utilizando un dispositivo llamado morbidostato desarrollado en IST-Klosterneuburg, los organismos se acostumbran gradualmente a concentraciones más altas de metales. Sin embargo, el proceso de bioacumulación debe llevarse a cabo cuidadosamente para que los organismos no pierdan su capacidad de acumular las sustancias valiosas.

Eficiencia en Etapas

Los métodos actualmente utilizados para extraer tierras raras se basan en procesos químicos, que están asociados con la formación de subproductos ambientalmente dañinos y la creación de nuevas sustancias problemáticas. Una combinación de métodos biotecnológicos tiene claras ventajas sobre los métodos químicos, ya que tanto la lixiviación como la acumulación en las células de las bacterias son amigables con el medio ambiente y sostenibles, y no se producen sustancias peligrosas o contaminantes en ninguna etapa del proceso. Sin embargo, se necesita más investigación para superar la amplia variación en la composición de los residuos electrónicos. Incluso si cambia la concentración de metales interferentes como el aluminio, el hierro o el cobre, la tecnología debe funcionar de tal manera que los resultados sean reproducibles y confiables. Los investigadores de BOKU e IMC Krems están siguiendo varias estrategias para lograr esto. Otra estrategia es aclimatar a las bacterias responsables de la bioextracción y la bioacumulación a altas concentraciones de metales interferentes. Esto es posible utilizando un sistema llamado morbidostato. En este sistema, los microorganismos se exponen a una concentración gradualmente creciente de metales interferentes y luego se espera hasta que ocurra la aculturación y los organismos comiencen a crecer.

Sistemas Complementarios y Futuras Investigaciones

Junto con el acondicionamiento de los microorganismos, se están probando sistemas que pueden desencadenar una reducción en la concentración de metales interferentes. Los materiales investigados incluyen los llamados hidrogeles de lignina desarrollados en BOKU. La combinación de estas estrategias tiene como objetivo asegurar la eficiencia y sostenibilidad de la innovadora combinación de bioextracción y bioacumulación para desarrollar un nuevo método ecológico para reciclar las escasas tierras raras.

La investigación conjunta entre BOKU Tulln y la Universidad de Ciencias Aplicadas IMC Krems ha demostrado un gran potencial en la recuperación de tierras raras de residuos electrónicos mediante procesos biotecnológicos avanzados. Con una tasa de recuperación de hasta el 85% y la ausencia de residuos peligrosos, este enfoque se presenta como una alternativa sostenible y eficaz a los métodos químicos tradicionales.

IMC Krems

Ubicada en el corazón de la provincia de Baja Austria, IMC Krems se compromete a promover la internacionalización, la educación práctica y la innovación. Con más de 160 universidades asociadas, más de 1,000 empresas asociadas en todo el mundo y más de 3,000 estudiantes de 90 países en dos ubicaciones en Austria, IMC Krems ofrece 27 programas de licenciatura y maestría a tiempo completo y parcial y cuatro cursos de educación continua en sus materias principales de negocios, digitalización e ingeniería, ciencias de la salud y ciencias de la vida.

Vía prd.at