Científicos recuperan hasta 80% del cobre de placas de equipos electrónicos mediante ácido producido por bacterias, en un proceso que busca aprovechar residuos y reducir la dependencia de nuevas materias primas
El proceso combina ácido producido por bacterias y varias etapas de extracción para recuperar el cobre, aunque todavía debe optimizarse antes de evaluar su aplicación a gran escala.
Investigadores de Tarbiat Modares University desarrollaron un proceso que utiliza ácido sulfúrico producido previamente por bacterias para extraer cobre de placas de circuitos impresos y posteriormente recuperarlo mediante un líquido iónico.
El método logró disolver 53.6 % del cobre presente en las placas durante la etapa de biolixiviación y alcanzar una recuperación acumulada cercana al 80 % después de cinco etapas de extracción.
Sin embargo, el procedimiento todavía se encuentra a escala de laboratorio y requiere más estudios antes de considerar una aplicación industrial.
La investigación fue publicada en Scientific Reports y parte de un problema que crece cada año: la cantidad de residuos electrónicos generados en el mundo.
Los residuos electrónicos también contienen metales valiosos
Los aparatos electrónicos desechados no representan únicamente un problema de residuos. También contienen metales que ya fueron extraídos, refinados y utilizados para fabricar los dispositivos.
En 2022 se generaron alrededor de 62 millones de toneladas de residuos electrónicos en el mundo y solo 22.3 % fue recogido y reciclado formalmente. Las estimaciones apuntan a que la cifra podría llegar a 82 millones de toneladas anuales para 2030.
Por ello, recuperar materiales como el cobre de equipos desechados puede convertirse en una forma de aprovechar recursos que ya se encuentran dentro de la economía, una estrategia conocida como minería urbana.
En este estudio, los investigadores utilizaron placas de circuitos impresos provenientes de equipos de telecomunicaciones reales. El material contenía aproximadamente 270 mil miligramos de cobre por kilogramo, equivalentes a unos 270 gramos por kilogramo o 27 % de su masa.
También se detectaron otros metales, entre ellos estaño, hierro, aluminio y níquel.
Una bacteria produce el ácido que ayuda a liberar el cobre
El microorganismo utilizado fue Acidithiobacillus thiooxidans, una bacteria capaz de desarrollarse en ambientes extremadamente ácidos.
Los investigadores primero cultivaron las bacterias con azufre elemental. Durante su metabolismo, el microorganismo produce compuestos que generan ácido sulfúrico de origen biológico.
La concentración máxima de sulfato se alcanzó aproximadamente a los 17 días, cuando el medio llegó a un pH cercano a 0.8.
Pero las bacterias no fueron colocadas directamente sobre las placas electrónicas.
Primero se cultivaron y después se retiraron las células. El líquido ácido producido durante ese proceso fue utilizado posteriormente para tratar el residuo electrónico. Esta técnica se conoce como biolixiviación con medio agotado o spent medium.
La separación de ambas etapas evita que los microorganismos entren en contacto directo con los materiales presentes en las placas, como resinas, metales y partículas de vidrio, que podrían afectar su crecimiento.
Siete días bastaron para disolver más de la mitad del cobre
Antes del tratamiento, las placas fueron desmontadas, trituradas y molidas hasta obtener partículas inferiores a 75 micrómetros.
Posteriormente, el material se mezcló con el medio biológico en una proporción de 50 gramos de residuo por litro, mientras la mezcla se mantenía a 30 °C y bajo agitación.
El mejor resultado se obtuvo después de siete días.
En ese momento, la concentración de cobre disuelto llegó a 7 mil 241 miligramos por litro, equivalente a una recuperación de 53.6 % del cobre durante la etapa de biolixiviación.
El tratamiento durante 10 o 14 días no produjo mejores resultados. De acuerdo con el estudio, parte del cobre podía volver a precipitar o quedar adherido a los sólidos.
Esto muestra que prolongar el tratamiento no necesariamente significa recuperar una mayor cantidad de metal.
El ácido convencional produjo un resultado similar
Los investigadores también realizaron una prueba de control para determinar qué papel específico tenían las bacterias.
En lugar del ácido producido por los microorganismos, utilizaron ácido sulfúrico convencional con la misma concentración, manteniendo iguales las demás condiciones del experimento.
Los resultados fueron prácticamente iguales. El sistema con ácido convencional alcanzó 7 mil 374.1 miligramos de cobre por litro, mientras que el medio biológico llegó a 7 mil 241 miligramos por litro.
Esto significa que las bacterias no tienen una capacidad especial para extraer directamente el cobre de las placas. Su función principal en este proceso es producir el medio ácido que después permite disolver el metal.
Por esa razón, todavía es necesario evaluar si producir el ácido mediante microorganismos representa una ventaja ambiental frente a utilizar ácido sulfúrico convencional.
El estudio señala que se requieren análisis completos de energía, reactivos, ciclo de vida y costos antes de determinar si el método puede ser ambientalmente superior a escala industrial.
Extraer el cobre del líquido fue el siguiente reto
Una vez que el cobre pasó de las placas al líquido, todavía era necesario separarlo del resto de las sustancias presentes en la solución.
Para ello, los investigadores utilizaron un compuesto capaz de atraer el cobre hacia otra fase líquida. En las primeras pruebas, este procedimiento permitió recuperar solo alrededor de 14.5 % del cobre.
El rendimiento mejoró con la incorporación de un líquido iónico, un tipo de sal que permanece en estado líquido y modifica las propiedades de la mezcla para facilitar la transferencia del cobre entre fases.
En las mejores condiciones evaluadas, la concentración de cobre extraída llegó a 3 mil 199.7 miligramos por litro.
El proceso puede entenderse en dos etapas: primero se libera el cobre de las placas y después se concentra en una fase líquida donde resulta más sencillo recuperarlo.
Los autores, sin embargo, señalan una limitación. Como varios componentes de la mezcla fueron modificados al mismo tiempo, no es posible determinar con precisión cuánto de la mejora se debe exclusivamente al líquido iónico.
Cinco etapas elevaron la recuperación hasta 80 %
Una sola etapa optimizada permitió recuperar alrededor de 35.3 % del cobre.
En lugar de detener el procedimiento, los investigadores utilizaron nuevamente el líquido restante con una nueva fase extractante. Repitieron el proceso hasta completar cinco etapas.
Después de la quinta extracción, la recuperación acumulada alcanzó aproximadamente 80 %, mientras que la concentración de cobre que permanecía en la fase acuosa bajó hasta unos 723 miligramos por litro.
El procedimiento multietapa permite que el líquido extractante tenga nuevas oportunidades para capturar el metal.
Sin embargo, aumentar el número de etapas también implica más equipos, circulación de líquidos, reactivos y complejidad operativa. Por ello, el 80 % no representa una recuperación que pueda obtenerse simplemente en un solo recipiente.
El último paso recuperó 60 % del cobre cargado
Después de capturar el cobre en la fase orgánica, todavía era necesario separarlo de ella para obtener una solución concentrada y recuperar el extractante.
Los investigadores utilizaron ácido sulfúrico para realizar esta etapa y lograron transferir nuevamente a la fase acuosa alrededor de 60 % del cobre cargado.
Este resultado muestra una de las principales áreas que todavía deben mejorarse antes de pensar en una aplicación industrial.
Los autores plantean la necesidad de estudiar la regeneración y reutilización del líquido iónico, así como su estabilidad durante múltiples ciclos de operación.
¿Qué ventajas ambientales podría tener?
El principal beneficio potencial del proceso sería aprovechar el cobre que ya se encuentra dentro de dispositivos electrónicos y evitar que termine como residuo.
El cobre recuperado de routers, equipos de telecomunicaciones, computadoras y otros aparatos podría reincorporarse a la producción, lo que contribuiría a una economía circular de los metales.
El proceso también funciona bajo condiciones de temperatura relativamente moderadas. La biolixiviación se realizó a 30 °C, mientras que la etapa de extracción posterior se llevó a cabo a temperatura ambiente.
Sin embargo, esto no significa que el procedimiento tenga automáticamente una menor huella ambiental.
El método requiere trituración fina, agitación, cultivo bacteriano, azufre y distintos reactivos, entre ellos D2EHPA, queroseno, líquido iónico, acetato de sodio y ácido sulfúrico.
Por ello, los investigadores consideran necesario realizar un análisis de ciclo de vida que permita comparar el consumo energético, los materiales utilizados, los costos y las emisiones con otras técnicas de recuperación.
Los líquidos iónicos también requieren una evaluación ambiental específica. Aunque suelen tener una presión de vapor muy baja, eso no significa que sean automáticamente inocuos. Su fabricación, toxicidad, persistencia, pérdidas durante el proceso y posibilidad de reciclaje también deben considerarse.
La recuperación de metales gana importancia en Europa
El desarrollo de este tipo de tecnologías también se relaciona con la necesidad de recuperar materias primas consideradas estratégicas.
El Reglamento europeo de materias primas fundamentales incluye al cobre entre las materias primas estratégicas y establece como referencia para 2030 que la capacidad de reciclaje de la Unión Europea pueda cubrir al menos 25 % de su consumo anual de materias primas estratégicas.
En ese contexto, recuperar metales de placas electrónicas no solo representa una alternativa para reducir residuos. También puede contribuir a aprovechar recursos secundarios y reducir la dependencia de fuentes externas.
La llamada minería urbana adquiere así una dimensión tanto ambiental como industrial.
Los residuos electrónicos seguirán aumentando
La cantidad de residuos electrónicos crece aproximadamente 2.6 millones de toneladas cada año y Naciones Unidas estima que podría alcanzar los 82 millones de toneladas en 2030.
Si la tendencia actual continúa, la proporción de residuos recogidos y reciclados formalmente podría incluso disminuir desde el 22.3 % registrado en 2022 hasta cerca del 20 %.
Dentro de estos desechos se encuentran cobre, aluminio, oro, plata, paladio y otros materiales que requieren recursos para ser extraídos mediante minería convencional.
El desafío, por tanto, no consiste únicamente en recuperar una mayor cantidad de metales, sino en hacerlo mediante procesos que puedan competir en rendimiento, costos y huella ambiental.
El método estudiado por los investigadores demuestra que el ácido producido por bacterias puede utilizarse para liberar cobre de placas electrónicas y que una extracción en varias etapas puede elevar la recuperación hasta alrededor de 80 %.
Pero por ahora, el proceso sigue siendo una prueba de laboratorio y todavía necesita optimización y evaluaciones ambientales y económicas antes de determinar su viabilidad industrial.
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