Una bacteria modificada acelera la captura de CO₂ y permite recuperar níquel y cobalto de residuos mineros

Investigadores de Cornell han desarrollado una cepa de Gluconobacter oxydans capaz de acelerar la alteración de minerales ricos en magnesio y hierro, un proceso que podría aplicarse a residuos mineros para combinar almacenamiento de carbono y recuperación de materias primas.

Una bacteria modificada genéticamente podría contribuir a desarrollar una vía conjunta para la captura de dióxido de carbono (CO₂) y la recuperación de metales críticos presentes en determinados residuos mineros. Así lo plantea una investigación de la Universidad de Cornell (EE.UU.), publicada en Scientific Reports, que ha estudiado la capacidad de una cepa modificada de Gluconobacter oxydans para acelerar la degradación de minerales ultramáficos ricos en magnesio y hierro.

El proceso permite extraer hasta el 75% del magnesio contenido en muestras de olivino en un periodo de 15 días y, al mismo tiempo, liberar níquel y cobalto, dos metales utilizados en la fabricación de baterías. Los investigadores también observaron la formación de oxalato de magnesio, un compuesto con capacidad potencial para almacenar carbono.

La investigación parte de un proceso que ya se produce de forma natural. La meteorización de determinadas rocas silicatadas contribuye a retirar CO₂ de la atmósfera: cuando el agua de lluvia o subterránea disuelve minerales como el olivino, libera magnesio, que puede reaccionar con el dióxido de carbono y formar minerales estables que incorporan carbono.

El objetivo del equipo de Cornell es acelerar este mecanismo mediante microorganismos. «Lo que intentamos hacer es diseñar las bacterias para acelerar algo que ya está ocurriendo, en lugar de hacer que ocurra algo que no sucede de forma natural», explicó Buz Barstow, profesor asociado de Ingeniería Biológica y Ambiental y responsable de la modificación de la cepa bacteriana.

Mayor disolución de los minerales

Los investigadores modificaron G. oxydans para que produjera un agente de biolixiviación rico en ácidos orgánicos, capaces de favorecer la disolución de los minerales. Posteriormente compararon la actividad de las bacterias con la de ácidos orgánicos sintéticos y con una solución que contenía únicamente los compuestos producidos por los microorganismos.

Los experimentos mostraron que el contacto directo de las bacterias con la superficie mineral incrementaba significativamente las tasas de disolución respecto al uso exclusivo de los subproductos ácidos generados por los microorganismos.

El equipo encontró además indicios de que las bacterias favorecen la oxidación del hierro presente en los minerales. Este mecanismo permitiría mantener durante más tiempo la producción de ácidos por parte de los microorganismos y prolongar el proceso de meteorización.

En las pruebas realizadas con olivino, la combinación de estos mecanismos permitió extraer hasta tres cuartas partes del magnesio disponible en las muestras en 15 días. El proceso también liberó níquel y cobalto presentes en el material.

Un compuesto con potencial para almacenar carbono

Uno de los resultados que más interés ha despertado entre los investigadores es la formación de oxalato de magnesio durante los experimentos. El compuesto se generó a temperatura ambiente y en condiciones de pH bajo.

El oxalato de magnesio ha recibido hasta ahora menos atención que otros minerales empleados en las investigaciones sobre mineralización de carbono. Según los autores, su estructura presenta una capacidad teórica de almacenamiento de carbono superior a la de minerales como la magnesita, ya que cada átomo de magnesio puede asociarse a dos átomos de carbono.

«Cuando se trabaja en mineralización de carbono, normalmente se piensa en la magnesita, una vía conocida y habitual en la naturaleza. Por eso, cuando estaba recopilando datos y observé que se había formado oxalato de magnesio, fue muy emocionante», señaló Jacob D. Klug, investigador posdoctoral y autor principal del estudio.

Los investigadores consideran que una posible aplicación de esta tecnología serían los residuos generados por la minería de minerales ultramáficos. Estos materiales ya han sido triturados durante las operaciones mineras, lo que podría facilitar su utilización en procesos de meteorización acelerada.

Además, los estériles y otros residuos mineros pueden contener cantidades aprovechables de determinados metales, por lo que el proceso permitiría plantear simultáneamente la valorización de materias primas y la fijación de carbono.

Pendiente de demostrar su viabilidad a mayor escala

Los resultados proceden de experimentos realizados en laboratorio, por lo que todavía será necesario evaluar la viabilidad del proceso fuera de estas condiciones. Entre las próximas líneas de investigación se encuentran aumentar la cantidad de magnesio transformada en oxalato de magnesio, identificar materias primas de menor coste para cultivar las bacterias y estudiar la estabilidad a largo plazo del compuesto como forma de almacenamiento de carbono.

El equipo también continuará analizando la interacción entre los microorganismos modificados y las superficies minerales para determinar con mayor precisión los mecanismos que aceleran la meteorización.

Según Esteban Gazel, profesor de Ciencias de la Tierra y Atmosféricas y autor principal del trabajo, «la biología puede acelerar de forma significativa uno de los procesos naturales de eliminación de carbono de la Tierra al tiempo que genera valor adicional mediante la recuperación de minerales críticos».

La combinación de recuperación de metales y eliminación de CO₂ se plantea así como una posible vía de valorización de determinados residuos mineros, aunque su desarrollo a escala industrial dependerá de factores como el rendimiento del proceso, el coste de producción de los microorganismos, la estabilidad del carbono almacenado y la capacidad de recuperar los metales de manera eficiente.