Centro Tecnológico de Investigación Multisectorial

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Bacterias para la recuperación de metales preciosos de residuos electrónicos

Nuestra línea de investigación en Tecnologías Bio-basadas Emergentes desarrolla proyectos para la biorrecuperación de materias primas de valor estratégico mediante enzimas, microalgas, hongos o bacterias. Estos bioprocesos muestran potencial para suponer un salto cualitativo en los procesos de obtención y recuperación de metales (como cobalto, magnesio, tierras raras o los metales del grupo platino), Tanto en materias primas primarias (sector minero) como materias primas secundarias (subproductos industriales, residuos de aparatos eléctricos o electrónicos), como de materiales al final de su ciclo de vida útil). Menores necesidades energéticas o mejor rendimiento son algunas de las ventajas de estos bioprocesos.

 

La economía circular y la bioeconomía son piedras angulares de cara a construir un futuro medioambientalmente sostenible. Conscientes de ello, desde CETIM apoyamos y acompañamos a nuestros clientes y colaboradores en sus esfuerzos hacia la sostenibilidad, les ayudamos a identificar, investigar y reducir los impactos sobre el medio ambiente que generan sus productos y procesos de producción.

 

Fruto de esta estrategia nuestros departamentos de I+D están desarrollando diferentes investigaciones que permitan la valorización y revalorización de distintos productos, subproductos y residuos. Desde nuestra línea de investigación en Tecnologías bio-basadas emergentes estamos desarrollando proyectos para la biorrecuperación de Materias Primas Críticas (CRMs, por sus siglas en inglés) y metales preciosos. El uso de enzimas, microalgas, hongos o bacterias para extraer materias de valor estratégico (como cobalto, tierras raras (REE, Rare Earth Elements), magnesio o platino) son tecnologías aún emergentes y en desarrollo, pero muestran potencial para suponer un salto cualitativo en los procesos de reciclaje. Menores necesidades energéticas, mayor sostenibilidad o su posible aplicación a minerales de baja ley son algunas de las ventajas de estos bioprocesos, además de su sostenibilidad medioambiental.

 

En proyectos como BIOMAT RECOVER investigamos en la extracción de CRMs (Co, W, Pr y metales de grupo del platino) y metales de alto valor (Ni, Au y Ag) con elevada pureza de Residuos de Aparatos Eléctricos y Electrónicos (RAEEs), como placas de circuitos impresos, paneles LCD y baterías. En H2020 BIORECOVER lideramos la investigación conjunta de 14 entidades de Europa y Sudáfrica para la extracción selectiva de diferentes CRMs, REE, Escandio (Sc), Magnesio (Mg) y Elementos del grupo del platino (PGE) a partir de Residuos de bauxita, minerales de baja ley y mezcla de productos  de origen secundario (desde residuos de procesos hasta catalizadores agotados o desechos electrónicos y de joyería).

 

En ambos proyectos, la recuperación de los elementos de interés, se obtiene mediante un triple proceso:

 

Pretratamiento: proceso de biooxidación para enriquecer los residuos. CETIM desarrollamos el cultivo de microorganismos seleccionados (en base a su tolerancia metales y su capacidad lixiviante), procesos de aclimatación de los microorganismos a condiciones de metales altas, optimización de los parámetros de cultivo y realizamos las pruebas de movilización de metales. Estos microorganismos oxidan los materiales no valiosos presentes en los residuos, obteniendo una fase líquida con estos materiales disueltos mientras que los metales objetivo permanecerán en la fase sólida.

 

 

Etapas de proceso y biorreactor en los laboratorios de CETIM

Etapas de proceso y biorreactor en los laboratorios de CETIM.

 

 

Tratamiento: sobre el sólido obtenido en la fase anterior, investigamos procesos de biolixiviación con cepas bacterianas, hongos y/o enzimas específicas, con el objetivo de solubilizar los distintos elementos de interés. Se obtiene como producto final una solución que contendrá los metales de interés en su forma soluble.

 

Postratamiento: el lixiviado es sometido a un bioproceso (biosorción, bioacumulación o bioprecipitación) seguido de una reducción u oxidación si es necesario y en función de las necesidades de cada uno de los elementos recuperados para su reutilización final. Se realiza mediante la separación selectiva de cada uno de los iones de interés del medio líquido por medio de su acumulación en biomasa bacteriana o en microalgas específicas. Finalmente, los iones podrán ser tratados con bacterias reductoras para obtener nanopartículas metálicas de los mismos, o se podrán calcinar/precipitar para obtener los óxidos correspondientes.

 

Este tipo de procesos son prometedores –los resultados a día de hoy son muy positivos- pero precisan de años de investigación para su validación y optimización. A día de hoy, en palabras de Dra. Maite Ruiz, Investigadora principal de nuestra línea de Tecnologías bio-basadas emergentes, “trabajamos en el desarrollo de procesos en varias etapas con el objetivo de mejorar los rendimientos de bioextracción, haciendo que los metales de interés estén más accesibles, así como en la optimización de los parámetros que más influencia tienen en este tipo de procesos. Es preciso identificar las cepas de microrganismos más eficaces, las condiciones de trabajo de los bioprocesos elegidos, adaptar cada uno a debidas a la diferente naturaleza tanto de los residuos de partida como de las materias primas a extraer, etc.CETIM buscamos obtener procesos y soluciones aplicables a escala industrial, en las complejas condiciones reales de una planta de tratamiento de residuos o de una mina (pH, complejo mineral, etc.). “La biometalurgia tiene menor impacto ambiental y requiere de menor infraestructura y recursos que las tecnologías convencionales, pudiendo ser aplicadas con éxito para minerales de baja ley”. Se busca, además, obtener altas tasas de recuperación, flexibilidad, pureza, eficiencia ambiental y en costes, y bajo condiciones de seguridad, para que en un futuro sean una realidad industrial viable. Además, contribuimos a establecer el conocimiento de la bio-minería en la Unión Europea involucrando a toda la cadena de valor.

 

Panel presentación proyecto Biorecover durante la EU Raw Materials Week 2019

Panel presentación proyecto Biorecover durante la EU Raw Materials Week 2019.

Importancia estratégica para la Unión Europea
Otro aspecto de gran importancia de las tecnologías para recuperación de CRM es su cada vez mayor importancia a nivel estratégico para la economía mundial. La Unión Europea no es ajena a ello y ha lanzado diferentes iniciativas al respecto, como la European Innovation Partnership Raw Materials, que prioriza la innovación en relación a los CRMs y su recuperación/reciclado[1]; o la Raw Materials Initiative, para fomentar el suministro sostenible de materias primas de fuentes europeas e Impulsar la eficiencia de los recursos y promover el reciclaje, o la Raw Materials Week, en la anualmente se dan cita en Bruselas los principales agentes industriales y de innovación en la materia.

 

La relevancia para el mercado de estas materias primas, entre las que se incluyen las tierras raras, la destacó nuestra Responsable del Área de ECO BIO tecnologías, Cristina Martínez, en una entrevista concedida a la Cadena SER. Como comentó Cristina en la entrevista, enmarcada en el debate de la la guerra comercial entre China y EEUU originada por la importancia de las materias primas críticas, “las tierras raras son un grupo de 17 elementos de la tabla periódica que poseen propiedades magnéticas, luminiscentes y electroquímicas únicas. Unas propiedades que las hace vitales para el desarrollo de la tecnología actual y, gracias a las cuales, la industria crea la tecnología con la que estamos en contacto a diario, como catalizadores, baterías y pantallas de smartphones o motores eléctricos.” Pero la producción de estas materias está controlada por muy pocos países a nivel mundial¸ especialmente por China, y la producción interna europea es reducida o incluso nula. Por tanto, la recuperación industrial de las mismas, sin depender de importaciones de otros mercados, es un factor estratégico para la economía, la tecnología, y la sociedad europea.

 

Colaboramos con industrias líder
CETIM, con clientes y colaboradores, centramos nuestros esfuerzos actuales en investigaciones en tecnologías de recuperación de materias primas críticas mediante microrganismos en optimizarlas y validarlas a nivel laboratorio, y aumentar así el nivel de madurez de estas. Para poder llevar sus beneficios al nivel industrial se cuenta con consorcios de empresas que cubren la totalidad de la cadena: minerías y empresas con CRMs en sus procesos, como MYTILINEOS o Magnesitas Navarras, empresas gestoras de residuos como Ferrovial Servicios, ingenierías expertas en procesos de recuperación como AlgaEnergy o Técnicas Reunidas, e industrias con interés en la aplicación de las materias recuperadas: Al-Farben, empresa experta en micropigmentos, FAE, experta en componentes electrónicos para automoción, Johnson Matthey, química de especialidades, etc. Colaboramos también con consultorías expertas en análisis de mercado como Vertech y LGI y centros de conocimiento de todo el mundo, como la Universidades de Coímbra, Ciudad del Cabo, Johannesburgo, Copenhague, o Linnaeus.

 

 

[1] https://eitrawmaterials.eu/innovation-themes/