En un esfuerzo conjunto por abordar la creciente demanda de tierras raras obtenidas de forma sostenible, las instituciones austríacas BOKU Tulln y la Universidad de Ciencias Aplicadas IMC Krems han logrado avances significativos en el desarrollo de un proceso de dos etapas basado en biotecnología para la recuperación de estos materiales críticos. Este innovador método, que combina la biolixiviación (extracción sólido líquido) y la bioacumulación, no solo es sostenible y respetuoso con el medio ambiente, sino que también ha demostrado una alta eficiencia en la recuperación de metales valiosos de residuos electrónicos.
¿Qué son las Tierras Raras y para qué se Usan?
Las tierras raras son un grupo de 17 elementos químicos de la tabla periódica, que incluyen el escandio, itrio y los 15 lantánidos. A pesar de su nombre, no son particularmente raros en la corteza terrestre, pero se encuentran dispersos y rara vez en concentraciones explotables. Estos elementos son esenciales para la fabricación de una amplia gama de dispositivos tecnológicos y productos de alta tecnología. Se utilizan en imanes permanentes para motores eléctricos, en aleaciones para baterías recargables, en componentes para pantallas de teléfonos móviles y televisores, así como en catalizadores para la industria del petróleo y en diversas aplicaciones militares.
La Necesidad de Métodos Eficientes
El aumento de la demanda de dispositivos electrónicos, como teléfonos móviles, vehículos eléctricos y computadoras, ha generado una mayor cantidad de residuos que contienen tierras raras. Estos residuos, en su mayoría, terminan en vertederos sin ser aprovechados, a pesar de que las tierras raras son esenciales y han sido clasificadas como materiales críticos por la Unión Europea. Por esta razón, se está investigando intensamente en métodos eficientes para su recuperación. Los métodos basados en microbiología, como la biolixiviación y la bioacumulación, representan una alternativa prometedora y ecológica para la recuperación de estos materiales críticos a partir de desechos electrónicos. Estos métodos son rentables, no generan residuos secundarios peligrosos o contaminantes y utilizan menos energía.
Proceso de Biolixiviación
El principio básico de la biolixiviación se basa en la producción de ácidos por ciertos microorganismos que pueden «lixiviar» metales como el hierro, cobre o aluminio de los residuos electrónicos. Estos metales interfieren en el proceso de absorción de las valiosas tierras raras en la etapa de bioacumulación. Ambos métodos han sido investigados durante un tiempo por los socios BOKU Tulln e IMC Krems, y ahora, con esta colaboración, han combinado su experiencia en un esfuerzo prometedor.
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Bioacumulación: Una Solución Verde
La etapa de bioacumulación de este proceso ha logrado tasas de recuperación de metales de hasta el 85% a partir de chatarra electrónica. La clave del éxito radica en la combinación de procesos biotecnológicos que aprovechan las capacidades naturales de ciertos microorganismos. Las bases prometedoras de estos métodos, actualmente en desarrollo, fueron publicadas recientemente en la prestigiosa revista Frontiers in Microbiology.
Entrenamiento de Microorganismos
Un aspecto innovador de este proyecto es el «entrenamiento» de los microorganismos. En la etapa de biolixiviación, se utilizaron bacterias como Acidithiobacillus thiooxidans y Alicyclobacillus disulfidooxidans, recogidas originalmente de un lago minero ácido en la República Checa y cultivadas en laboratorio. Estos organismos acidófilos y quimiolitotróficos prosperan en ambientes ácidos y obtienen su energía de la oxidación de compuestos inorgánicos. En la bioacumulación, Escherichia coli, una bacteria intestinal conocida, resultó ser la acumuladora más exitosa de tierras raras.
Desafíos Prácticos y Soluciones Innovadoras
El desafío principal para el proceso de enriquecimiento es el alto contenido de otros metales en los residuos electrónicos, que interfieren con el proceso biotecnológico. Para superar este problema, los investigadores han desarrollado una opción innovadora: el «entrenamiento» de los microbios utilizando un dispositivo llamado morbidostat, desarrollado en IST-Klosterneuburg. Este dispositivo permite acostumbrar gradualmente a los organismos a concentraciones más altas de metales. Sin embargo, el proceso de bioacumulación debe realizarse con cuidado para que los organismos no pierdan su capacidad de acumular las sustancias valiosas.
Ventajas y Futuro del Proceso
Los métodos químicos tradicionales de extracción de tierras raras están asociados con la formación de subproductos dañinos para el medio ambiente. En contraste, la combinación de métodos biotecnológicos ofrece claras ventajas: son ecológicos, sostenibles y no generan sustancias contaminantes en ninguna etapa del proceso. Sin embargo, se necesita más investigación para superar la variabilidad en la composición de los residuos electrónicos y asegurar que los resultados sean reproducibles y fiables.
Los investigadores de BOKU e IMC Krems están persiguiendo varias estrategias para lograr esto, incluyendo la aclimatación de las bacterias responsables de la biolixiviación y bioacumulación a altas concentraciones de metales interferentes. Además, se están probando sistemas que pueden reducir la concentración de estos metales, como los hidrogeles de lignina desarrollados en BOKU.
La combinación de estas estrategias tiene como objetivo garantizar la eficiencia y sostenibilidad del innovador proceso de biolixiviación y bioacumulación para desarrollar un nuevo método ecológico para reciclar tierras raras. Este avance no solo representa un paso importante hacia la sostenibilidad en la gestión de residuos electrónicos, sino que también abre nuevas posibilidades para la recuperación eficiente de materiales críticos.
