Source: The Conversation – (in Spanish) – By Juan Diego Rodríguez-Blanco, Ussher Associate Professor in Nanomineralogy, Trinity College Dublin
En muchas zonas costeras es habitual encontrar montículos que contienen caparazones calcáreos de ostras y mejillones desechados. Son los restos de una industria global de productos marinos que genera millones de toneladas de residuos cada año. Al mismo tiempo, lejos del litoral, ocultos en formaciones rocosas, se encuentra otro recurso muy diferente: las tierras raras. Estos metales son cada vez más demandados por la industria, dado que resultan esenciales para tecnologías como las turbinas eólicas, los vehículos eléctricos y la mayoría de los dispositivos electrónicos de uso cotidiano.
Nuestro grupo de investigación ha descubierto una conexión interesante entre estos residuos marinos y las tierras raras. Hemos observado que las conchas calcáreas marinas –especialmente las de ostra– pueden capturar tierras raras disueltas en el agua. De este modo, pasan de ser un desecho para convertirse en una herramienta potencial para limpiar la contaminación asociada a la transición energética.
Los japoneses suelen describir las tierras raras como “las vitaminas de la industria moderna”: al igual que ocurre con las vitaminas en el cuerpo humano, son esenciales, pero se necesitan en cantidades muy pequeñas. Sin embargo, la extracción y el procesamiento de los minerales que contienen tierras raras generan aguas residuales muy contaminantes y además liberan estos elementos químicos al medio ambiente.
Una “piel” mineral sobre las conchas
En nuestros laboratorios del Trinity College Dublin hemos investigado si las conchas y caparazones calcáreos podrían ayudar a abordar este problema. Lo primero que hicimos fue obtener conchas de ostras, mejillones y berberechos de playas irlandesas. Después, las limpiamos para eliminar materia orgánica y las trituramos hasta obtener pequeños fragmentos. Una vez hecho eso, mezclamos los fragmentos con agua que contenía tierras raras –concretamente, lantano, neodimio y disprosio– con concentraciones similares a las observadas en casos de contaminación industrial severa.
Lo que ocurrió a continuación no es observable a simple vista, pero sí empleando microscopios… y fue sorprendente. En la superficie de cada fragmento del caparazón calcáreo comenzó una reacción química: el carbonato cálcico que forma esta estructura comenzó a disolverse y fue progresivamente reemplazado por nuevos minerales que contenían tierras raras. Pasados unos días, se había formado una capa muy fina, como una especie de “piel” mineral que recubría el fragmento.
Empleando microscopía electrónica de alta resolución, pudimos observar este proceso con todo detalle. Al principio se observaban pequeños cristales, parecidos a agujas, que después crecían y se unían formando una costra continua. En algunos casos, esta costra –similar a una armadura– acababa interrumpiendo la reacción química y deteniendo todo el proceso.
Sin embargo, no todos los experimentos dieron los mismos resultados. Los caparazones calcáreos de ostra están formados por capas muy finas y poros que permiten que el agua y los elementos químicos disueltos circulen con mayor facilidad por su interior. Esto permitió que la reacción no se limitase a su superficie, sino que continuase hacia su interior, hasta reemplazar completamente la estructura.
Los resultados fueron muy prometedores: en condiciones adecuadas, 1 gramo de concha calcárea de ostra llegó a capturar aproximadamente 1.5 gramos de tierras raras presentes en el agua. En lugar de adsorberse en su superficie, estos elementos pasaron a formar parte de un nuevo mineral, un carbonato de tierras raras muy estable.
De la descontaminación a la recuperación de recursos
Muchos materiales utilizados en el tratamiento y descontaminación de aguas se basan en la adsorción, un proceso fisicoquímico mediante el cual los contaminantes se adhieren directamente a una superficie. Sin embargo, en nuestros experimentos lo que sucede es una transformación mineral, en la que las tierras raras se incorporan a los nuevos cristales sólidos, impidiendo que estos elementos vuelvan a liberarse al medio ambiente.
Una vez capturadas las tierras raras, estas podrían procesarse posteriormente para recuperarlas y reutilizarlas. Al estar concentrados en un sólido, sería posible aplicar métodos químicos de extracción bien establecidos para reciclarlos. De esta forma, los caparazones calcáreos desechados podrían servir no sólo para limpiar la contaminación, sino también para recuperar recursos valiosos que de otro modo se perderían.
Las conchas marinas no son un recurso escaso: la naturaleza las genera en grandes cantidades y sin coste. La acuicultura de moluscos también genera toneladas de residuos cada año a escala mundial, muchos de los cuales terminan en vertederos o acumulados cerca de las costas. Estas conchas, trituradas, podrían utilizarse en sistemas de filtrado o barreras reactivas permeables, sistemas en los que el agua contaminada fluye a través de un material altamente reactivo que atrapa los contaminantes.
Estas soluciones se emplean para eliminar metales pesados. No obstante, garantizar la estabilidad de su rendimiento a largo plazo sigue siendo el principal desafío. Nuestros experimentos mostraron que algunos tipos de caparazones calcáreos desarrollaban rápidamente recubrimientos impermeables que limitaban su rendimiento. Sin embargo, los caparazones de las ostras, gracias a su estructura, son especialmente adecuados para superar esta limitación.
Para que este tipo de tecnología funcione a gran escala, lo realmente importante no es encontrar nuevos materiales, sino diseñar sistemas que aprovechen al máximo el contacto entre el agua contaminada y las superficies reactivas, evitando al mismo tiempo que estas se bloqueen y pierdan eficacia con el tiempo.
El método que hemos desarrollado no eliminará la necesidad de extraer tierras raras mediante minería, ya que la demanda mundial de estos metales es enorme y continúa creciendo con gran rapidez. Sin embargo, puede contribuir a una gestión más sostenible y “circular” de estos materiales críticos, al ofrecer una forma de capturar tierras raras de aguas residuales, reducir la contaminación ambiental y recuperar parte de lo que actualmente se pierde durante el procesamiento.
Transformar este método de laboratorio en una aplicación real requerirá ensayos en condiciones aún más complejas, ya que las aguas residuales industriales contienen mezclas de metales con diferentes concentraciones y además están en constante movimiento. Por tanto, será necesario realizar estudios piloto que permitan evaluar el rendimiento, la durabilidad y la velocidad a la que los fragmentos de caparazones calcáreos atrapan tierras raras y determinar si es posible evitar la formación de costras que interrumpan el proceso de descontaminación.
También existen otras cuestiones prácticas que deberán ser abordadas: ¿cómo será necesario preparar los caparazones (limpieza, trituración) para aprovechar al máximo su eficiencia? ¿Podrá este proceso aplicarse de forma económicamente viable a gran escala? ¿Qué limitaciones tendrá? Además, si el objetivo final es recuperar tierras raras para su uso industrial, será imprescindible desarrollar métodos eficientes que permitan extraerlas de los nuevos minerales formados sobre la superficie de los caparazones calcáreos. Abordar estos retos será esencial para que esta tecnología llegue a convertirse en una solución medioambiental realmente viable.
Juan Diego Rodriguez-Blanco recibe fondos de .Science Foundation Ireland (Research Ireland), Geological Survey Ireland y Environmental Protection Agency de Irlanda.
– ref. La sorprendente capacidad de las conchas de ostras y mejillones para atrapar tierras raras – https://theconversation.com/la-sorprendente-capacidad-de-las-conchas-de-ostras-y-mejillones-para-atrapar-tierras-raras-280945