Preliminary investigations of farm residues for the recovery by sorption of critical metals from seawater in a novel flow reactor
Este estudio demuestra que los residuos agrícolas, particularmente la piel de papa, sirven como biosorbentes de bajo costo efectivos para la recuperación de metales críticos como vanadio, níquel y uranio del agua de mar en un novedoso reactor de flujo continuo, revelando que las condiciones de flujo reducen significativamente la acumulación de metales en comparación con los sistemas estáticos debido al papel disminuido de los procesos biológicos y redox.
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El mundo se está desplazando hacia una energía más limpia, una transición que depende en gran medida de un conjunto específico de minerales. Estos materiales, a menudo llamados metales críticos, son los ingredientes esenciales para las baterías, la electrónica y la maquinaria de un futuro bajo en carbono. Si bien actualmente los extraemos del suelo, el mineral es cada vez más difícil de encontrar y más costoso de excavar. Esta escasez ha dirigido la mirada de los científicos hacia los océanos. El mar es un vasto reservorio que contiene trazas disueltas de estos elementos valiosos, pero las cantidades son tan pequeñas que capturarlos es como intentar encontrar un grano de arena específico en una playa. Para hacer esto posible, los investigadores necesitan materiales que puedan atrapar estos metales del agua de manera eficiente y económica. Una idea prometedora es utilizar desechos de granjas y del procesamiento de alimentos —cosas como cáscaras de papa o cáscaras de cacahuate— como esponjas naturales para extraer estos metales del agua de mar.
Un equipo de investigadores de la Universidad de Lancaster decidió probar esta idea de una manera que imitara más de cerca el mundo real que intentos previos. En lugar de simplemente remojar estos restos agrícolas en un cubo de agua de mar y esperar a que se quedaran quietos, construyeron un sistema donde el agua de mar fluía continuamente sobre los materiales. Esta configuración, conocida como un reactor de flujo, simula el movimiento constante del océano, que es como tendría que funcionar tal sistema si alguna vez se utilizara a gran escala. Probaron cuatro tipos diferentes de desechos: madera de abedul, ajo en polvo, cáscaras de cacahuate y pieles de papa. El objetivo era ver cuál de estos humildes materiales podía atrapar mejor metales como el uranio, el vanadio y el níquel a medida que el agua pasaba junto a ellos durante un periodo de veintiocho días.
El experimento reveló que no todos los materiales de desecho son iguales. Cuando el agua de mar fluía a través del sistema, las pieles de papa surgieron como la clara ganadora. Resultaron ser el material más estable, manteniendo su forma mientras extraían con éxito uranio, vanadio y níquel del agua. El ajo en polvo también mostró cierta capacidad para atrapar metales, pero tuvo dificultades para mantenerse contenido dentro del reactor, dispersándose en el agua y dificultando la medición de su verdadero rendimiento. Las cáscaras de cacahuate y la madera de abedul mostraron resultados mucho más débiles, con algunos de ellos liberando incluso más metales al agua de los que capturaron. Las pieles de papa, sin embargo, redujeron consistentemente la cantidad de uranio disuelto en el agua, demostrando que podían actuar como un filtro eficaz.
Uno de los descubrimientos más importantes de este estudio fue la diferencia entre cómo se comportan estos materiales en una corriente en movimiento frente a un contenedor estático. En experimentos anteriores donde el agua se dejaba reposar quieta, los materiales parecían absorber metales muy rápidamente. Sin embargo, en este sistema de flujo, la cantidad de metal recolectado fue significativamente menor. Esto sugiere que la alta absorción observada en el agua estancada no se debía solo al material actuando como una esponja. En cambio, parece que los seres vivos, como las diminutas películas de bacterias que crecen en las superficies, y las reacciones químicas impulsadas por el entorno jugaron un papel importante en el agua estancada. Cuando el agua se mantenía en movimiento, estos ayudantes biológicos y químicos eran menos efectivos, lo que significa que el material bruto en sí no es tan poderoso como se pensaba anteriormente.
A pesar de la menor absorción en el sistema de flujo, las pieles de papa lograron concentrar los metales hasta un grado que es científicamente interesante. Los investigadores calcularon que, para que un material sea verdaderamente útil para la minería, necesita concentrar los metales a un nivel comparable a la roca que excavamos actualmente. Si bien las pieles de papa no alcanzaron ese alto estándar en este experimento específico, estuvieron más cerca que cualquier otro material y mantuvieron su estructura durante el experimento de un mes. El estudio concluye que el uso de desechos agrícolas para recuperar metales del océano es técnicamente posible, pero requiere más trabajo. El diseño del reactor debe mejorarse, quizás cambiando la forma en que el agua se mueve o cómo se sostiene el desecho, para ayudar a que los materiales funcionen mejor. La investigación destaca que, si bien la naturaleza ofrece una forma barata y renovable de reunir estos recursos críticos, el camino para convertirlo en una realidad práctica implica comprender la compleja danza entre el agua, el desecho y la vida microscópica dentro de ella.
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