Convertir los desechos electrónicos en el tesoro mundial de metales raros

La estudiante de doctorado de la ETH Marie Perrin presenta el nuevo enfoque de reciclaje. En la mano izquierda sostiene la materia prima en forma de lámpara fluorescente y en la derecha el reactivo amarillo que puede separar metales raros. Crédito: Fabio Masero / ETH Zurich

Los científicos están desarrollando un proceso inspirado en la naturaleza que recupera eficientemente el europio de viejas lámparas fluorescentes. Este enfoque podría conducir al tan esperado reciclaje de metales raros.

• Una pequeña molécula que sirve naturalmente como sitio de unión para metales en enzimas también resulta útil para la separación de ciertos metales de tierras raras entre sí.
• Como prueba de concepto, el proceso extrae europio directamente del polvo fluorescente de lámparas de bajo consumo usadas en cantidades mucho mayores que los métodos existentes.
• Los investigadores ahora están trabajando para ampliar su enfoque a otros metales raros. Están en proceso de montar una start-up para poner en práctica el reciclaje de esta materia prima.

Los metales de tierras raras no son tan raros como sugiere su nombre. Sin embargo, son indispensables para la economía moderna. Al fin y al cabo, estos 17 metales son materias primas esenciales para la digitalización y la transición energética. Se encuentran en teléfonos inteligentes, ordenadores, pantallas y baterías; sin ellos, ningún motor eléctrico funcionaría ni ninguna turbina eólica giraría. Dado que Europa depende casi por completo de las importaciones procedentes de China, esta materia prima se considera fundamental.

Sin embargo, los metales raros también son críticos debido a su extracción. Siempre se encuentran en forma compuesta en los minerales naturales, pero como estos elementos son químicamente muy similares, son difíciles de separar. Por lo tanto, los procesos de separación tradicionales consumen mucha energía y productos químicos y requieren varios pasos de extracción. Esto encarece la extracción y purificación de estos metales, consume muchos recursos y tiempo y causa mucho daño al medio ambiente.

Técnicas innovadoras de reciclaje

«Los metales de tierras raras casi nunca se reciclan en Europa», afirma Victor Mougel, profesor del Laboratorio de Química Inorgánica de la ETH Zurich. Un equipo de investigadores dirigido por Mougel quiere cambiar eso. «Existe una necesidad urgente de métodos sostenibles y sencillos para separar y recuperar estas materias primas estratégicas de diversas fuentes», afirma el químico.

En un estudio publicado recientemente en la revista Comunicaciones de la naturalezaEl equipo presenta un método sorprendentemente simple para separar y recuperar eficientemente el metal de tierras raras europio de mezclas complejas que incluyen otros metales raros.

Inspirado en la naturaleza

Marie Perrin, estudiante de doctorado en el grupo de Mougel y primera autora del estudio, explica: «Los métodos de separación existentes se basan en cientos de pasos de extracción líquido-líquido y no son eficientes; el irreciclo del euro no ha sido práctico hasta ahora». En su estudio muestran cómo un simple reactivo inorgánico puede mejorar significativamente la separación. «Esto nos permite obtener europio en unos pocos pasos sencillos y en cantidades al menos 50 veces mayores que con los métodos de separación anteriores», afirma Perrin.

La clave de esta técnica se puede encontrar en pequeñas moléculas inorgánicas que contienen cuatro átomos de azufre alrededor del tungsteno o del molibdeno: los tetratiometalatos. Los investigadores se inspiraron en el mundo de las proteínas. Los tetratiometalatos se encuentran como sitio de unión de metales en enzimas naturales y se utilizan como sustancias activas contra el cáncer y los trastornos del metabolismo del cobre.

Por primera vez se utilizan ahora también tetratiometalatos como ligandos para la separación de metales raros. Aquí entran en juego sus propiedades redox únicas, que reducen el europio a su inusual estado divalente y simplifican así la separación de otros metales trivalentes de tierras raras.

Reciclaje rápido del europio procedente de lámparas fluorescentes. Crédito: Marie Perrin / ETH Zurich

Aplicaciones prácticas e impacto ambiental

«El principio es tan eficaz y robusto que podemos aplicarlo directamente a lámparas fluorescentes usadas sin los pasos habituales de tratamiento previo», afirma Mougel.

Los desechos electrónicos son una fuente importante pero infrautilizada de metales raros. «Si se aprovechara esta fuente, los residuos de lámparas que Suiza envía actualmente al extranjero a los vertederos podrían reciclarse aquí en Suiza», afirma Mougels. De este modo, los residuos de lámparas pueden servir como mina urbana para Europa y hacer que Suiza sea menos dependiente de las importaciones.

«Nuestro enfoque de reciclaje es mucho más respetuoso con el medio ambiente que todos los métodos convencionales de extracción de metales raros de minerales».

— Víctor Mougel

En el pasado, el europio se utilizaba principalmente como fósforo en lámparas fluorescentes y pantallas planas, lo que provocaba altos precios en el mercado. A medida que se van eliminando las lámparas fluorescentes, la demanda ha disminuido, por lo que los métodos anteriores de reciclaje del euro ya no son económicamente viables. Sin embargo, son deseables estrategias de separación más eficientes que puedan ayudar a utilizar grandes cantidades de residuos de lámparas fluorescentes baratas, cuyo contenido de metales raros es aproximadamente 17 veces mayor que el de los minerales naturales.

Esfuerzos estratégicos de reciclaje

Esto hace que sea cada vez más urgente recuperar metales raros al final de la vida útil de un producto y mantenerlos en circulación, pero la tasa de recuperación de elementos raros en la UE sigue siendo inferior al 100%.

En principio, cualquier proceso de separación de metales de tierras raras puede utilizarse tanto para la extracción del mineral como para la recuperación de los residuos. Sin embargo, con su método los investigadores se centran deliberadamente en el reciclaje de materias primas, ya que esto tiene mucho más sentido ecológico y económico. «Nuestro enfoque de reciclaje es mucho más respetuoso con el medio ambiente que todos los métodos convencionales para extraer metales raros de minerales», afirma Mougel.

Nuevos emprendimientos y comercialización

Los investigadores han patentado su tecnología y están en proceso de crear una start-up llamada REEcover para comercializarla en el futuro. Actualmente están trabajando en adaptar el proceso de separación a otros metales raros como el neodimio y el disprosio, que se encuentran en los imanes. Si esto tiene éxito, Marie Perrin quiere construir la nueva empresa después de su doctorado y poner en práctica el reciclaje de metales de tierras raras.

Referencia: “Recuperación de europio a partir de desechos electrónicos mediante ligandos de tetratiotungstato activos redox” por Marie A. Perrin, Paul Dutheil, Michael Wörle y Victor Mougel, 3 de junio de 2024, Comunicaciones de la naturaleza.
DOI: 10.1038/s41467-024-48733-z