Extracción eficaz de metales con microorganismos estimulados por electrones mediante biolixiviación
Como parte del proyecto "BioIntElekt" (Desarrollo de una innovadora fuente de haz de electrones de baja energía a pequeña escala integrada en un sistema de biorreactor, referencia de financiación: 601015) financiado por la Fraunhofer-Gesellschaft en un programa interno, los metales deben ser movilizados con la ayuda de bacterias. En el Instituto Fraunhofer de Electrónica Orgánica, Tecnología de Rayos de Electrón y Plasma FEP, se está desarrollando un nuevo proceso para la lixiviación microbiana mejorada de minerales (biolixiviación) y se han logrado los primeros éxitos. El instituto presentará el principio del proceso en ACHEMA 2022, del 22 al 26 de agosto, en Frankfurt/Main, Alemania, en el stand conjunto de Fraunhofer no. A52 en el pabellón 6.0.
Muestras con bacterias tratadas con haz de electrones para la biolixiviación
© Fraunhofer FEP
Los investigadores están trabajando en la solución para el consumo económico de los recursos, su reciclaje y la futura recuperación de nuevas fuentes de materias primas, así como en una extracción respetuosa con el medio ambiente pero orientada a la demanda en todo el mundo. La extracción de metales pesados de sus minerales con la ayuda de microorganismos se denomina lixiviación microbiana de minerales o biolixiviación. Por ejemplo, al menos desde mediados del siglo XIX, el cobre se ha lixiviado de los minerales del enorme yacimiento de Río Tinto, en el sur de España, mediante procesos microbiológicos. En este caso, estos procesos naturales tienen lugar de forma incontrolada.
En la actualidad, la biolixiviación del cobre en la producción a gran escala se realiza sobre todo por percolación en los acopios. El mineral tiene que ser triturado hasta un tamaño de partícula de aproximadamente 1 cm o menor en dos o tres etapas de trituración. Se aplica una solución diluida de ácido sulfúrico al material amontonado mediante riego por goteo o aspersión y el proceso tiene que repetirse hasta que se alcance la concentración de cobre deseada. El proceso global de lixiviación puede durar varios meses.
Para acelerar la lixiviación microbiana del mineral y aplicar el proceso para una recuperación más eficiente de los metales de los residuos y desechos, se ha formado un consorcio interdisciplinario en el Fraunhofer FEP, que ahora ha recibido una subvención interna.
A lo largo de décadas, el Fraunhofer FEP ha acumulado experiencia en el campo de la tecnología de haces de electrones, el desarrollo de fuentes de haces de electrones y la adaptación a aplicaciones específicas. Estos conocimientos se trasladan ahora a los procesos biotecnológicos.
La Dra. Simone Schopf, directora del grupo "Procesos biotecnológicos" de Fraunhofer FEP, explica: "Actualmente estamos trabajando en una tecnología a escala de laboratorio para la integración directa de una fuente de haz de electrones en un biorreactor para el tratamiento de líquidos. Al mismo tiempo, hemos podido realizar pruebas iniciales con una planta de haces de electrones ya existente para demostrar la viabilidad de la tecnología. Nuestros resultados sugieren que la interacción entre los electrones y las bacterias puede conducir a la estimulación. Por ejemplo, en los experimentos preliminares estimulamos las bacterias con dosis bajas de electrones y logramos rendimientos que eran aproximadamente un 10% más altos. La tecnología se desarrollará específicamente para aplicaciones en los sectores de las ciencias de la vida y la tecnología medioambiental".
Hasta ahora, el tratamiento de líquidos con electrones se ha realizado con películas líquidas muy finas con aceleradores de tipo lineal. La producción de estos grandes aceleradores de tipo lineal no es un problema. Los retos residen en la miniaturización de la fuente de haces de electrones y en el diseño de la interfaz con el biorreactor. Sin embargo, la introducción directa y selectiva de los electrones en el líquido conlleva bajas pérdidas de energía y el efecto de enfriamiento del líquido puede aprovecharse de forma beneficiosa.
El Dr. Michiel Top añade: "Fraunhofer FEP está cerrando ahora una brecha tecnológica en el tratamiento de líquidos con electrones: con una fuente de haz de electrones miniaturizada y de bajo coste (emisor de electrones de baja energía) integrada en un biorreactor agitado que contiene los microorganismos adecuados."
Actualmente, la investigación se centra en la biolixiviación para la recuperación de materias primas o como proceso de reciclaje. Además de utilizar el proceso para la lixiviación microbiana de minerales, los científicos también prevén aplicaciones en el tratamiento de aguas residuales, aplicaciones de esterilización, la industria alimentaria y la industria farmacéutica. El proceso también puede ser interesante para la producción biotecnológica de sustancias naturales o incluso de hidrógeno "verde" en el futuro.
El objetivo del Fraunhofer FEP es colaborar con socios industriales para explotar nuevos mercados futuros y desarrollar una tecnología que pueda utilizarse para superar los retos económicos y sociales del futuro. Ya existe un gran interés por el desarrollo.
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