Iniciativa de la Universidad Católica del Norte tiene como objetivo la recuperación de galio, germanio e indio, considerados críticos por su escasez y esenciales para la fabricación de nuevos dispositivos

Un proyecto de la Universidad Católica del Norte (UCN) utilizará las biomoléculas denominadas sideróforos -sintetizadas por bacterias que habitan ambientes extremos del desierto de Atacama- para recuperar desde desechos tecnológicos elementos como galio, germanio e indio, altamente demandados para la fabricación de paneles fotovoltaicos, fibra óptica y pantallas de televisión, entre otros dispositivos.

Este es uno de los objetivos de la iniciativa “Siderophores assisted Biorecovery of Technology Critical Elements: Gallium (Ga), germanium (Ge) and indium (In) from end-of-life products”, el cual se adjudicó la UCN en el concurso Eramin 2 del Programa de Cooperación Internacional de Conicyt, y que cuenta con la colaboración de instituciones de Alemania y Francia.

La propuesta, liderada como contraparte UCN por el académico del Departamento de Química de la Facultad de Ciencias (Casa Central), Dr. Luis Rojas Araya, busca la recuperación de dichos metales en el final de la vida útil de los productos tecnológicos, lo que se conoce como End-of-life products (EOL). Además, el proyecto posee una característica que apunta a la sustentabilidad y el cuidado del medio ambiente, ya que el reciclaje de galio, germanio e indio es mediante sideróforos, es decir, biomoléculas producidas por microorganismos y bacterias que habitan los ambientes extremos del desierto de Atacama.

La escasez de este tipo de metales y su gran demanda para el desarrollo de alta tecnología, han determinado que la Comisión Europea considere a estos elementos como “críticos”, por lo que su recuperación es esencial para asegurar el suministro a la industria. No obstante, como no existen tecnologías para el reciclaje de galio, germanio e indio, producto de las bajas concentraciones y la presencia de contaminantes en los desechos tecnológicos, los sideróforos han demostrado ser una propuesta interesante para la recuperación de estos elementos de valor, debido a su selectividad y especificidad hacia ciertos elementos.

Microorganismos

El Dr. Rojas explica que si bien los microorganismos y las bacterias requieren materia orgánica para vivir, como medios ricos en compuestos de carbono (glucosa, maltosa o incluso ácidos tricarboxílicos), la subsistencia de estos, incluyendo el ser humano, depende también de elementos inorgánicos como el hierro.

“Las bacterias también necesitan hierro y como ellas no lo generan, lo tienen que introducir desde el exterior de la célula, sintetizando una molécula que es capaz de secuestrarlo e incorporarlo para el metabolismo propio de la bacteria, y esas biomoléculas se llaman sideróforos. Además, se ha descubierto que la variedad de los sideróforos es infinita y que cada bacteria se está especializando cada vez más en sintetizar nuevos sideróforos que poseen alta eficiencia y especificidad para la recuperación de metales”, detalla el Dr. Rojas, que para la investigación cuenta con la colaboración de Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, Helmholtz Institute Freiberg for Resource Technology (Alemania), ASA Spezialenzyme GmbH (Alemania) e Institut de Physique du Globe de Paris Environmental Biogeochemistry (Francia).

El científico afirma que mientras el medio donde estén las bacterias sea más alcalino, es decir, un pH más básico, el hierro se encuentra menos disponible, formando sales insolubles, entre ellas, los óxidos e hidróxidos de hierro. Por lo tanto, solubilizarlo es una tarea demasiado compleja, que requiere de sideróforos que posean una estructura química que otorgue una alta afinidad por este metal.

“En la naturaleza, el hierro se puede solubilizar utilizando ácidos muy fuertes, como el ácido sulfúrico o ácido clorhídrico, pero la mayoría de las bacterias no pueden vivir en esos medios ácidos, por lo tanto, se ven forzadas a buscar mecanismos para sintetizar sideróforos que sean el doble de eficientes para poder retirar el hierro enlazado con oxígenos o hidróxidos y poder así incorporarlo. Entonces, el foco está en aislar microorganismos, bacterias específicamente, desde hábitat naturales que son extremos como el desierto de Atacama, como los salares, en donde hayan medios alcalinos, de tal forma de identificar bacterias que sean capaces de sintetizar sideróforos en condiciones extremas”, puntualiza el académico.

Desafío

El científico del Departamento de Química de la UCN explica que se espera que los sideróforos también tengan la capacidad de asociarse, vincularse o formar compuestos no solamente con hierro, sino que con otros elementos, principalmente los considerados de valor. “Entonces, necesitamos aislar bacterias presenten en hábitats alcalinos y extremos, poder identificarlas, hacer producir estos sideróforos, y determinar si estos últimos pueden combinarse con otros elementos de valor distintos al hierro, ya que al provenir de bacterias aisladas de medios alcalinos, estos deberían ser más específicos y eficientes y, por lo tanto, estar más especializados”, agrega.

El Dr. Rojas también enfatiza que el galio, germanio e indio son considerados “elementos críticos”, porque siempre se encuentran en muy bajas concentraciones y cada vez tienen una mayor demanda comercial, debido a que son bastante utilizados en circuitos electrónicos. “Cuando hablamos de la ‘vida final de los productos’, esto quiere decir: reciclaje. Todas las placas madres de los computadores, de los celulares o de los componentes electrónicos de precisión, que ya no funcionan, que son desechos que están provocando un impacto ambiental de gran magnitud, van a ser utilizados como materia prima para la extracción de estos elementos críticos, lo que se conoce como ‘economía circular’ o ‘minería urbana’”, precisa.

Resalta que, en resumen, la iniciativa busca extraer galio, germanio e indio, a través de sideróforos, específicamente sintetizados por bacterias de ambientes extremos y alcalinos. “Y estos elementos que son de valor, van a ser solubilizados desde el final de la vida útil de los productos, para recuperarlos y reutilizarlos, por lo que estamos asociados con una empresa alemana que quiere utilizar estos productos biotecnológicos para recuperar desde desechos tecnológicos estos elementos críticos”, asegura el académico.

Colaboración internacional

El director de Investigación y Análisis de la Producción Científica de la Vicerrectoría de Investigación y Desarrollo Tecnológico (VRIDT) de la UCN, Williams Briceño Romero, manifiesta que la adjudicación de este proyecto Eramin 2 es de gran relevancia, puesto que permite fortalecer redes de colaboración internacional. “Esto también demuestra que la Universidad es competitiva en este tipo de fondos concursables, que buscan que instituciones de diferentes países trabajen en conjunto para generar conocimiento e investigación de alto nivel”, destaca.

Briceño explica que en esta iniciativa participan dos instituciones alemanas y una francesa, siendo la UCN la contraparte chilena, la cual recibe un monto adjudicado de $75 millones, a través de un convenio directo con Conicyt. Sin embargo, el proyecto, cuya duración es de 36 meses, incluye una mayor cantidad de financiamiento, que cada entidad recibe desde sus propias agencias de investigación, por lo que el monto total es más de $600 millones.

La Dirección de Investigación y Análisis de la Producción Científica tiene un rol fundamental en el acompañamiento de los académicos de la UCN para las postulaciones de los fondos concursables. Los concursos se difunden desde la VRIDT en forma masiva, considerando una calendarización interna, para luego continuar con el proceso de apoyo, seguimiento y registro que se realiza a través del Sistema de Información de la Vicerrectoría de Investigación y Desarrollo Tecnológico (SIVRIDT), según explica Briceño.

“En el caso particular del concurso Eramin 2, estamos contentos porque apoyamos la postulación del Dr. Luis Rojas Araya del Departamento de Química, considerando que se trataba de un concurso complejo y en el cual obtuvimos la adjudicación como UCN”, finalizó Briceño.