Doce bacterias de todo el mundo, reunidas para extraer tierras raras de las cloacas industriales

Doce bacterias recogidas de distintas partes del planeta est¨¢n siendo investigadas por tener una capacidad que a los humanos les cuesta mucha ciencia y mucho trabajo: recuperar tierras raras. Estos minerales son raros por sus especiales propiedades, que los hacen esenciales para un amplio abanico de tecnolog¨ªas avanzadas. Tambi¨¦n son muy relevantes en la geopol¨ªtica actual, ya que China y en menor medida Estados Unidos forman casi el duopolio de su extracci¨®n. As¨ª que en Europa urge recuperarlos de los productos y de los procesos en los que intervienen. Y, para ello, cient¨ªficos alemanes han identificado esta docena de microorganismos, algunos de ellos extrem¨®filos, que tienen la rara habilidad de sentirse atra¨ªdos por las tierras raras uni¨¦ndose a ellas.

Ignoradas durante casi dos siglos, las tierras raras son un grupo de elementos arrinconados en la tabla peri¨®dica. Son metales, pero raros. Adem¨¢s del escandio y el itrio, est¨¢n los 15 integrantes del grupo de los lant¨¢nidos (como el lantano, el cerio o el neodimio). Aunque no abundan en la naturaleza (su concentraci¨®n en la corteza terrestre es baja, yendo desde las 0,5 hasta las 67 partes por mill¨®n), su apellido de raras procede realmente de contar con una estructura qu¨ªmica especial y muy similar entre ellos. Adem¨¢s, solo aparecen en forma de ¨®xidos. Una serie de propiedades, como su elevada capacidad como conductor y su magnetismo, han hecho que en las ¨²ltimas tres d¨¦cadas se hayan vuelto indispensables. Sin ellos, no habr¨ªa sido posible la miniaturizaci¨®n de infinidad de aparatos- Tampoco las bater¨ªas de m¨®viles o veh¨ªculos el¨¦ctricos o los sistemas de los aerogeneradores ser¨ªan como son.

Hacen falta algunos datos m¨¢s para entender el inter¨¦s que despiertan las tierras raras entre los cient¨ªficos, pero a¨²n m¨¢s entre los responsables de las grandes empresas de tecnolog¨ªa y los pol¨ªticos. El hierro fue la base de la Revoluci¨®n Industrial, pero es como el agua, tan vital como barato: un kilogramo apenas cuesta 20 c¨¦ntimos. Sin embargo, un kilo de ¨®xido de neodimio ronda los 200 euros y la misma cantidad de ¨®xido de terbio puede superar los 3.800 euros. Adem¨¢s de caras, las tierras raras aparecen concentradas en una serie de pa¨ªses. Seg¨²n datos del Servicio Geol¨®gico de Estados Unidos, m¨¢s de la mitad de las 280.000 toneladas que se le arrancaron a la Tierra en 2021 las obtuvo China. Un vistazo a las reservas muestra un futuro geopol¨ªtico a¨²n m¨¢s preocupante: de los 120 millones de toneladas que se estiman que hay, casi el 40% est¨¢n en territorio chino y el 60% se las reparten Rusia, Vietnam y Brasil. En suelo europeo, aunque el qu¨ªmico sueco Carl Gustaf Mosander fuera el que descubri¨® los tres primeros elementos (lantano, erbio y terbio) y haya un lant¨¢nido que lleve el nombre de Europa, el europio, apenas hay tierras raras.

La escasez de producci¨®n propia, que contrasta con el uso intensivo de estos elementos por los europeos, obliga a su reciclaje, a recuperarlos de donde est¨¢n para devolverlos al circuito. Pero, para complicar las cosas, la recuperaci¨®n de metales se hac¨ªa tradicionalmente por medio de procesos qu¨ªmicos intensivos en energ¨ªa y altamente contaminantes, como el uso de ¨¢cidos. De ah¨ª el inter¨¦s en proyectos como el liderado por un grupo de cient¨ªficos de la Universidad T¨¦cnica de M¨²nich (Alemania), que han vuelto la mirada hacia las cianobacterias, un filo de bacterias que realizan la fotos¨ªntesis.

¡°Las cianobacterias no se alimentan de metales. Lo que se produce es una la uni¨®n de estos a la superficie celular de aquellas¡±

Thomas Br¨¹ck, responsable del Centro Algaetec de la Universidad T¨¦cnica de M¨²nich

Ya se usan bacterias para tratar las aguas residuales e incluso los vertidos de petr¨®leo, pero mientras estas se nutren u obtienen energ¨ªa del material presente en el l¨ªquido, en el caso de las cianobacterias y las tierras raras se produce una atracci¨®n inevitable. Lo explica Thomas Br¨¹ck, responsable del Centro Algaetec de la universidad alemana y autor s¨¦nior de los experimentos. ¡°Las cianobacterias no se alimentan de metales. Lo que se produce es una la uni¨®n de estos a la superficie celular de aquellas¡±. No es que digieran el metal, es que iones (¨¢tomos con carga negativa o positiva de un elemento) se unen a los az¨²cares presentes en la pared celular de la bacteria. En este sentido, es una atracci¨®n qu¨ªmica, pasiva y casi aut¨®mata. ¡°Si aplicamos las condiciones de reacci¨®n adecuadas, la uni¨®n se puede revertir. Por lo tanto, se pueden separar de la biomasa y, al cambiar las condiciones de reacci¨®n (es decir, el pH), se podr¨ªa reutilizar la biomasa para atraer m¨¢s metal presente en la soluci¨®n¡±, a?ade.

Esa era la teor¨ªa que quer¨ªan comprobar. Aunque se hab¨ªan realizado algunos experimentos previos, ellos seleccionaron una docena de cianobacterias, la mayor¨ªa extrem¨®filas, para comprobar cu¨¢nta tierra rara atra¨ªan. La mayor¨ªa de estos microorganismos eran desconocidos para la ciencia hasta hace unos a?os y algunos ni est¨¢n clasificados a¨²n completamente. Algunas bacterias proceden del desierto de Namibia, uno de los m¨¢s ¨¢ridos del mundo. Otras hay que buscarlas en lagos salados ricos en natr¨®n, como el lago Chad, tambi¨¦n en ?frica, torrentes contaminados de Estados Unidos o muestras procedentes del agua usada en la explotaci¨®n de una mina suiza.

Seg¨²n los resultados de sus experimentos, publicados en la revista especializada Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, todas las cianobacterias mostraron menor o mayor capacidad de unirse a los metales. Pero se quedaron con las cinco mejores para realizar nuevas pruebas con cuatro de las tierras raras (el lantano, el cerio, el neodimio y el terbio) en un enorme tanque lleno de aguas procedentes de aquella explotaci¨®n minera. Lograron unos niveles de eficiencia que no esperaban: por ejemplo, los cultivos de Calothrix brevissima, recuperada de un lago japon¨¦s hace 50 a?os, secuestraba entre 44,7 y 70,6 miligramos de tierras raras por gramo de biomasa. Otra, encontrada en el desierto de Namibia y que a¨²n no tiene nombre definitivo, la Komarekiella sp. 89.12 logr¨® una relaci¨®n de hasta 67 miligramos por gramo. La m¨¢s eficiente, con ratios de absorci¨®n de hasta 91,5 mg por gramo, es la a¨²n por clasificar Nostoc. sp., descubierta en l¨ªquenes de un humedal alem¨¢n ya en este siglo.

Las doce bacterias proceden de una colecci¨®n que mantiene el investigador de la Universidad de Ciencias Aplicadas de Kaiserslautern (Alemania), Michael Lakatos, la mayor¨ªa recolectadas por ¨¦l mismo. ¡°Es la primera vez que se investigan las cianobacterias por su capacidad de bioabsorci¨®n de tierras raras. Elegimos doce cepas aisladas de diferentes h¨¢bitats que cubren una amplia diversidad filogen¨¦tica y ecol¨®gica para investigar su posible aplicaci¨®n en el enriquecimiento de elementos de tierras raras por medio de este mecanismo¡±, cuenta Lakatos. Sobre su relevancia para este nuevo uso, recuerda que ¡°a las cianobacterias se las llam¨® formalmente algas verdeazuladas y se parecen a un grupo muy antiguo de algas; debido a su antig¨¹edad han logrado adaptarse a un amplio abanico de ambientes, desde los desiertos m¨¢s c¨¢lidos y fr¨ªos del planeta hasta casi cualquier situaci¨®n en tierra y en el agua¡±. Adem¨¢s, a?ade, ¡°son comparativamente f¨¢ciles y baratas de cultivar en el condiciones de laboratorio, lo que las convierte en candidatas ideales para aplicaciones biotecnol¨®gicas como la bioabsorci¨®n de elementos de tierras raras¡±. Por si fuera poco, producen una especie de moco que encapsula sus c¨¦lulas y facilita la captura de los metales.

Las cianobacterias han logrado adaptarse a un amplio abanico de ambientes, desde los desiertos m¨¢s c¨¢lidos y fr¨ªos del planeta hasta casi cualquier situaci¨®n en tierra y en el agua¡±

Michael Lakatos, investigador de la Universidad de Ciencias Aplicadas de Kaiserslautern (Alemania).

El primer autor de los ensayos, Michael Paper, tambi¨¦n de la Universidad T¨¦cnica de M¨²nich, considera que los valores de captaci¨®n de tierras raras obtenidos son altos. La clave, seg¨²n explica, estar¨ªa en que la carga negativa de los az¨²cares presentes en el exterior de las bacterias atrae a las part¨ªculas met¨¢licas, cargadas positivamente. En un correo, Paper dice que una vez unidas bacterias y metales podr¨ªan ser separados alterando las condiciones en las que se produjo la reacci¨®n qu¨ªmica, cambiando el pH del l¨ªquido, por ejemplo. ¡°Despu¨¦s de un proceso de regeneraci¨®n, la biomasa te¨®ricamente se podr¨ªa reutilizar. Ahora mismo, estamos probando su estabilidad a largo plazo para determinar cu¨¢ntos ciclos de absorci¨®n-regeneraci¨®n son posibles sin un deterioro significativo de las propiedades de absorci¨®n del metal¡±, detalla.

Aunque las cianobacterias podr¨ªan usarse en las aguas residuales convencionales, no parece probable que el promecio, el lutecio o el gadolinio viajen por las ca?er¨ªas y cloacas en cantidades apreciables. Paper cree que la aplicaci¨®n a escala industrial ser¨ªa all¨ª donde se procesan o acaban las tierras raras: ¡°Se pueden encontrar en las aguas residuales provenientes de la miner¨ªa, el procesamiento de los minerales, el reciclaje de desechos electr¨®nicos o la metalurgia. La medicina y la agricultura tambi¨¦n contribuyen a la liberaci¨®n de tierras raras¡±.

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