Los microbios diseñados extraen minerales críticos de los desechos mineros

Conozca los microbios que morden montañas de desechos mineros

Por Vanessa Bates Ramirez Editado por Sarah Lewin Frasier

En el borde norte del desierto de Atacama de Chile se encuentra un montón de rocas que es tan grande que puedes verlo desde el espacio, y está repleto de actividad invisible. Miles de millones de microbios están trabajando duro para la disolución de compuestos en este montículo gigante de mineral triturado de Escondida, la mina de cobre más grande del planeta.

“Los microbios son los mineros más antiguos del mundo”, dice Liz Dennett, fundadora y directora ejecutiva de Start-Up Endolith Mining, con sede cerca de Denver, Colo. “Han tenido miles de millones de años para ser increíblemente buenos para comer rocas”.

Los científicos de Endolith y en otros lugares son microbios de ingeniería para mejorar aún más en este proceso, llamado biominación, para trabajar más rápido, extraer más cobre e incluso sacar otros tipos de minerales. El endolito prueba diferentes microbios para ver cuáles son más adecuados para el trabajo y luego los expone a condiciones duras para fortalecerlos aún más. “Piense en ello como un campo de entrenamiento de superhéroes”, dice Dennett. En mayo, los microbios de ingeniería de la compañía demostraron la extracción de cobre superior a los microbios que se encuentran en la naturaleza; Sus primeras implementaciones de campo están programadas para finales de este año.

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La biominación, si se puede ampliar, podría permitir disminuir la dependencia de las cadenas de suministro globales, que se están volviendo cada vez más frágiles. “Si podemos hacer que la biominización funcione, podemos romper el monopolio que los estados como China tienen en metales críticos”, dice Buz Barstow, ingeniero biológico y ambiental de la Universidad de Cornell. Barstow lidera un proyecto llamado Atlas Microbe-Mineral que cataloga a los microorganismos, sus genes y cómo interactúan con los minerales. El objetivo del proyecto es construir microorganismos genéticamente modificados que puedan efectivamente extraer metales críticos.

Como muchos países hacen la transición a energía renovable, requerirán menos combustibles fósiles, pero más minerales como litio, cobalto, cobre, níquel y zinc. Estos no solo se necesitan para turbinas eólicas, paneles solares y baterías; También son cruciales para las computadoras portátiles y los teléfonos celulares que usamos todos los días. La demanda de cobre, en particular, está configurada para dispararse. Los pronósticos muestran que necesitaremos más cobre en los próximos 30 años de lo que se ha extraído a lo largo de toda la historia. Gran parte de la fruta baja, es decir, mineral de alto grado, se ha elegido, y las minas tienen que trabajar mucho más duro que antes para obtener la misma cantidad.

Las técnicas mineras convencionales son intensivas en recursos, costosas y dañinas para el medio ambiente. Después de usar explosivos y maquinaria pesada para extraer mineral de la tierra, las compañías mineras deben aislar y purificar los minerales en cuestión. A menudo, eso significa romper los enlaces químicos que mantienen minerales unidos al azufre en minerales de sulfuro. Esto se hace más comúnmente utilizando el calor a través de un proceso llamado fundido o ácido a través de un proceso llamado lixiviación. La fundición requiere temperaturas extremadamente altas, alcanzadas al quemar combustibles fósiles o usar mucha electricidad. Además de las emisiones de dióxido de carbono que esto genera, la quema de azufre produce gas de dióxido de azufre tóxico. La lixiviación ácida, mientras tanto, conlleva el riesgo de drenaje de minas ácidas, donde los fluidos contaminan los ríos o el agua subterránea y dañan el ecosistema circundante. El ácido sulfúrico utilizado para este proceso puede causar daño incluso antes de que llegue a las minas. “La producción de ácido sulfúrico es muy desagradable”, dice Dennett. “Hay muchos efectos secundarios y terciarios en el medio ambiente”.

Los microbios pueden hacer el mismo trabajo que el calor y el ácido, pero su costo y su impacto ambiental son mucho más bajos. “Los microbios usan al menos seis mecanismos diferentes para la biominación”, dice Barstow. El más común es una reacción de oxidación-reducción, o reacción redox, en la que los microbios rompen los enlaces químicos en un mineral de sulfuro al “comer” su azufre y hierro. Esto libera los minerales en el mineral, descomponiéndolos hasta que puedan disolverse en el agua. La solución rica en minerales se recoge en un estanque después de que se drena de la roca y luego se expone a solventes y electricidad que atraen a los minerales como un imán mientras dejan agua, ácido e impurezas.

Los microbios aún necesitan una pequeña cantidad de ácido sulfúrico para iniciar el proceso de descomponer el mineral. Las pilas de roca como la de la mina Escondida de Chile, llamadas lixiviados de montón, se rocían con una mezcla de agua ácida que solo necesita agregarse una vez porque los microbios hacen más ácido de forma natural mientras rompen los enlaces químicos del mineral. “Reemplazo [most] El ácido sulfúrico es un gran beneficio económico, ya que a menudo puede ser el gasto operativo más grande para una mina ”, dice Sasha Milshteyn, fundadora de Transition Biomining, una compañía que analiza el ADN de los microbios encontrados en minerales para desarrollar aditivos personalizados para una mayor recuperación de cobre.

Aunque el proceso evita las emisiones de gases tóxicos, utiliza menos energía y agua que los métodos convencionales y minimiza los productos químicos peligrosos, tiene sus limitaciones. Es más lento que la minería tradicional: si bien la fundición puede llevar horas o días, y la lixiviación ácida lleva días o semanas, los microbios hacen su trabajo durante varios meses. Son sensibles al pH, la temperatura y los niveles de humedad y pueden ser asesinados o ralentizados por los cambios en cualquiera de estos. Y todavía producen soluciones ácidas que necesitan ser contenidas y tratadas. Como dice Barstow, “la biominación no será una panacea ambiental; solo será un poco mejor que lo que hacemos ahora”.

La verdadera promesa de biominar es que puede expulsar más de las rocas que los métodos convencionales. “Modern Mining Technologies ‘Skim the Cream’ de metales económicamente valiosos de un depósito y deja todo lo demás en [waste rock called] Trases ”, dice Barstow.

Esos desechos valen mucho más de lo que generalmente obtiene crédito. Un estudio publicado recientemente en Science encontró que recuperar los minerales en los desechos de las minas estadounidenses existentes podría satisfacer casi todas las necesidades minerales críticas del país; Recuperar solo el 1 por ciento reduciría sustancialmente la dependencia de la importación para muchos elementos. “Si las minas grandes acaban de agregar circuitos de recuperación adicionales a su proceso, esto podría llevar los minerales necesarios a la producción relativamente rápido”, dice la autora principal del estudio, Elizabeth Holley, ingeniera minera de la Escuela de Minas de Colorado.

Los desechos de la mina de cobre pueden contener brocas de telurio, cobalto o zinc; Las cenizas de carbón pueden contener litio, manganeso y elementos de tierras raras. Las cantidades son demasiado pequeñas para que las minas convencionales se molesten, pero no son demasiado pequeñas para los microbios. Además de usarse en lixiviados de montón o bombeados directamente al suelo, los microbios se pueden aplicar directamente a las corrientes de desechos, donde pueden sacar pequeñas cantidades de minerales que pueden sumar como significativos.

Los microbios pueden ser los mineros más antiguos del mundo, pero la biominación como tecnología sigue siendo nueva, Milshteyn Notes, y aún no aprovecha la complejidad total de los ecosistemas microbianos. “Los montones que funcionan mejor en el campo tienen ecosistemas prósperos de diversos microbios trabajando juntos”, dice. “Creo que la próxima generación de biominación tiene que lidiar con esa complejidad”.