La transición hacia la energía limpia está creando un paradoja. Para expandir las tecnologías de energía renovable, electrificar el transporte y construir infraestructura para la inteligencia artificial, la sociedad debe extraer cantidades sin precedentes de minerales. Se proyecta que la demanda de muchos de estos ‘minerales críticos’ aumentará varias veces en las próximas décadas. Sin embargo, las tecnologías utilizadas para obtenerlos siguen arraigadas en un modelo antiguo a través del cual se extraen metales individuales de mineral virgen.
Las consecuencias son cada vez más evidentes (ver ‘Suministro de minerales críticos bajo presión’). A medida que disminuyen los depósitos de minerales de alta calidad, se deben extraer y procesar mayores cantidades de roca para producir la misma cantidad de metal. Eso requiere más energía y agua. La minería representa alrededor del 1.7% del consumo energético global y se proyecta que esta cifra aumentará hasta ocho veces para 2060. Muchos proyectos de minerales críticos operan en regiones que enfrentan un alto estrés hídrico, como las partes áridas de África y América Latina.
Los residuos mineros también están en aumento. Ya se almacenan a nivel mundial cientos de miles de millones de toneladas de relaves mineros. Las proyecciones sugieren que para 2050 se habrán acumulado hasta dos billones de toneladas de roca estéril y relaves adicionales.
Mientras tanto, la sociedad está produciendo vastas cantidades de desechos ricos en metales que siguen siendo una fuente secundaria de metales en gran medida sin explotar. En 2022, se produjeron 62 millones de toneladas de residuos electrónicos (e-waste) a nivel mundial — casi 8 kilogramos por cada persona en el planeta — y solo alrededor del 22% de eso fue formalmente recolectado y reciclado.
Muchos dispositivos electrónicos desechados contienen metales valiosos, incluyendo oro, paladio y elementos de tierras raras, en concentraciones que pueden superar las que se encuentran en los minerales primarios. Sin embargo, la recuperación de estos metales sigue siendo un desafío técnico y a menudo es económicamente poco atractiva utilizando enfoques convencionales.
La recuperación de metales y el aumento de la circularidad de los metales deben verse como una capacidad estratégica para compensar el crecimiento de la extracción de metales de minerales vírgenes. Las naciones que puedan recuperar eficientemente minerales críticos de flujos de desechos, residuos mineros y recursos de baja ley estarán menos expuestas a las interrupciones geopolíticas y a los choques en la cadena de suministro.
La biología ofrece una poderosa vía a seguir. Aunque la biominería — que utiliza microorganismos para extraer metales — alguna vez fue considerada un enfoque de nicho, ha evolucionado. Impulsadas por los avances en ecología microbiana, biología sintética, biología estructural, ingeniería de proteínas y aprendizaje automático, las bases científicas para una nueva generación de biotecnologías minerales están surgiendo a gran velocidad. Estos métodos ofrecen niveles potenciales de selectividad para extraer y recuperar ciertos metales que a menudo son difíciles de lograr mediante procesos hidrometalúrgicos convencionales.
Pero, el progreso científico por sí solo no transformará las cadenas de suministro de minerales. El principal obstáculo ya no es la falta de ideas. Es la falta de vías desde el descubrimiento científico hasta la implementación industrial. Aquí describimos cómo desarrollar esos caminos, basándonos en las discusiones del Taller Internacional sobre Biominado de Minerales y Elementos Críticos, que fue patrocinado por la Fundación Novo Nordisk y se celebró en Sitges, España, en septiembre del año pasado.
Tecnologías prometedoras
Las biotecnologías han demostrado su potencial industrial durante décadas. Los procesos de biolixiviación y biooxidación ya están establecidos para recuperar cobre, níquel, oro y cobalto de los minerales. Involucran la irrigación de montones de mineral triturado o el tratamiento de polvos minerales molidos con microbios especializados que generan productos químicos, como ácidos o modificadores de reacciones de reducción-oxidación, que disuelven selectivamente ya sea los metales objetivo o otros minerales que se encuentran con ellos.
Los avances en biología sintética han ampliado el rango de aplicaciones potenciales. Por ejemplo, se pueden diseñar sistemas microbianos ingenierizados para disolver metales de manera más efectiva. Las biomoléculas (como la proteína lanmodulina) pueden separar los elementos de tierras raras con rendimientos del 99.9% en un solo paso bajo condiciones más simples que las técnicas convencionales, utilizando soluciones acuosas en lugar de disolventes orgánicos. El diseño de proteínas asistido por IA está acelerando aún más el descubrimiento de macromoléculas diseñadas para reconocer, unirse y separar selectivamente metales objetivo de soluciones complejas de varios elementos.
En conjunto, estos desarrollos sugieren que la biotecnología podría convertirse en un componente importante de las futuras cadenas de suministro de minerales críticos. Sin embargo, muchos enfoques prometedores nunca avanzan más allá de ser validados en el laboratorio. A menudo se estancan entre los estudios de prueba de concepto y la demostración comercial, un desafío familiar en toda la biotecnología industrial. Incluso las tecnologías prometedoras a menudo luchan por atraer el capital, la infraestructura y las asociaciones industriales necesarias para escalarlas.
Las barreras deben ser superadas. Aunque existen algunos proyectos piloto de bioprocesamiento, su capacidad es insuficiente para evaluar tecnologías en los diversos tipos de mineral, materia prima y condiciones de proceso que se encuentran en la práctica. Los inversores son reacios a financiar proyectos pioneros cuando no está claro cómo funcionarán en el mundo real.
Los marcos regulatorios para las tecnologías emergentes de biominería también son inadecuados. A menudo varían entre los sectores de biotecnología, medio ambiente y minería, así como entre las jurisdicciones. Los desarrolladores pueden necesitar navegar por varias autoridades regulatorias y vías de aprobación, creando incertidumbre y retrasos a medida que las tecnologías avanzan.
En la Unión Europea, por ejemplo, el uso de microorganismos genéticamente modificados y sus aplicaciones ambientales están sujetos a marcos regulatorios distintos. Se permite el uso de microorganismos genéticamente modificados en sistemas contenidos, mientras que aquellos utilizados para aplicaciones en campo generalmente se basan en cepas microbianas de origen natural o adaptadas. Estados Unidos utiliza un enfoque coordinado entre múltiples agencias, que involucra a la Agencia de Protección Ambiental, la Administración de Alimentos y Medicamentos y el Departamento de Agricultura de los Estados Unidos.
El valioso conocimiento técnico (sobre ingeniería de proteínas, caracterización de minerales, hidrometalurgia y modelado económico, por ejemplo) sigue disperso entre disciplinas, instituciones y jurisdicciones. Esto dificulta la generación de la base de evidencia necesaria — incluyendo datos operativos continuos a largo plazo, métricas para rastrear ciclos químicos y evaluaciones económicas validadas — para apoyar la adopción a gran escala de tales tecnologías.
El resultado es una creciente discrepancia. Los avances científicos en biotecnología mineral están acelerándose, pero los mecanismos necesarios para implementarlos no están al mismo ritmo. Aunque se están invirtiendo miles de millones de dólares para asegurar las cadenas de suministro futuras de minerales críticos, se ha prestado comparativamente poca atención a la construcción de los sistemas de innovación necesarios para comercializar soluciones biológicas.
Si la biotecnología va a contribuir de manera significativa a la seguridad de los minerales críticos, la sostenibilidad ambiental y la circularidad en el uso de recursos, entonces los gobiernos, la industria, los bancos de desarrollo y los financiadores filantrópicos deben ir más allá de apoyar solo la investigación. Deben invertir también en las instituciones que permiten la traducción de estas nuevas tecnologías.
Tres prioridades merecen atención.
Establecer instalaciones de prueba
Los países deberían establecer instalaciones piloto y de demostración compartidas dedicadas a la biotecnología mineral. Las empresas individuales a menudo no pueden justificar los riesgos asociados con el desarrollo de infraestructura especializada para tecnologías que aún no han sido probadas comercialmente. Las instalaciones compartidas pueden ayudar a superar esta barrera al permitir que varias organizaciones evalúen procesos biológicos utilizando materias primas realistas en condiciones industrialmente relevantes. Estas instalaciones pueden apoyar tanto estudios pre-comerciales como competitivos. Enfoques similares se han implementado con éxito en biología sintética y bio-refinación, manufactura avanzada y en los sectores de energía limpia y semiconductores.
Para el sector mineral, dichas instalaciones deberían ubicarse cerca de flujos de recursos y desechos relevantes, incluyendo distritos mineros, centros de reciclaje de residuos electrónicos y sitios afectados por drenaje ácido de minas o aguas residuales urbanas cargadas de metales. Deben tener conexiones con universidades, laboratorios de investigación y una mano de obra calificada.
El acceso a la experiencia en investigación e ingeniería permitiría una rápida iteración, resolución de problemas e integración de biotecnologías minerales con procesos establecidos. Tales sitios irían más allá de las pruebas tecnológicas para generar los datos operativos, ambientales y económicos necesarios para informar las decisiones de inversión, las aprobaciones regulatorias y el despliegue comercial.
Las iniciativas en otros sectores ilustran el valor de dicha infraestructura. En Suecia, por ejemplo, se han establecido instalaciones piloto y de demostración financiadas públicamente para probar procesos de conversión bioquímica de biomasa en condiciones realistas.
Reducir el riesgo para los inversores
Los gobiernos deberían introducir y ampliar los mecanismos de compartición de riesgos público-privados para acelerar la comercialización. Estos podrían incluir cofinanciamiento competitivo para proyectos piloto y de demostración, garantías de préstamos y contratos que reduzcan el riesgo financiero de adoptar tecnologías antes de que su rendimiento comercial esté completamente establecido.
Por ejemplo, el Programa de Investigación, Desarrollo y Demostración de Minerales Críticos de Canadá proporciona apoyo federal para avanzar en las tecnologías emergentes de procesamiento, reciclaje y reprocesamiento circular hacia su implementación comercial.
La UE y el Banco Europeo de Reconstrucción y Desarrollo han explorado la combinación de financiamiento público y privado para apoyar demostraciones a escala industrial de tecnologías de descarbonización en fase precomercial. Tales mecanismos deberían extenderse a la biotecnología mineral.
Una analogía útil es la Operación Warp Speed, un programa de EE. UU. que ayudó a acelerar el despliegue de vacunas durante la pandemia de COVID-19 al reducir los riesgos financieros asociados con la fabricación. Los minerales críticos requieren un enfoque similar. Los gobiernos ya están gastando miles de millones para asegurar el acceso a minerales críticos a través de iniciativas de minería y refinación. Asignar incluso una fracción modesta de estos recursos a programas de biotecnología enfocados en la implementación podría acelerar notablemente el progreso.
Los inversores deberían priorizar la financiación para aplicaciones en las que las tecnologías biológicas puedan demostrar un impacto rápido, como la recuperación de metales de residuos líquidos que contienen metales y corrientes que contienen metales disueltos de residuos electrónicos. El éxito podría generar confianza para la posterior implementación en sistemas de recursos más grandes y complejos.
Desarrollar regulaciones y estándares
Los responsables de políticas deben apoyar marcos regulatorios adaptativos e infraestructuras de datos compartidos. La incertidumbre científica y regulatoria se refuerzan mutuamente. Caminos de aprobación claros para las biotecnologías pueden ayudar a reducir el riesgo de inversión y proporcionar datos para reducir el riesgo regulatorio. Se necesita un esfuerzo coordinado para establecer plataformas interoperables que vinculen datos biológicos, geológicos y de ingeniería de procesos a través de proyectos y jurisdicciones.
Los sistemas de datos federados, los estándares de metadatos compartidos y los mecanismos regulados para el intercambio de información pueden acelerar el aprendizaje mientras protegen los intereses comerciales.
A diferencia de muchas tecnologías convencionales, los sistemas biológicos generan interacciones complejas entre microbios, materias primas y condiciones operativas. Las herramientas digitales, incluidos los modelos de procesos predictivos y los gemelos digitales (simulaciones por computadora de procesos físicos), pueden ayudar a perfeccionar el rendimiento de la recuperación de metales mientras se reducen los riesgos técnicos y financieros para los inversores y reguladores.
Algunos críticos podrían argumentar que el reciclaje y la recuperación biológica de metales nunca pueden reemplazar la minería convencional. Tienen razón. Ninguna vía realista hacia emisiones netas de carbono cero elimina la necesidad de extracción de recursos primarios. Pero este es un falso dilema. El objetivo no es reemplazar la minería, sino aumentar la circularidad de los metales, diversificar el suministro de materiales, recuperar más valor de los recursos existentes y reducir las responsabilidades ambientales asociadas con las prácticas actuales.
La pregunta ya no es si la biología puede contribuir al suministro mineral futuro: la respuesta es claramente sí. El debate más importante es si los gobiernos y la industria construirán las instituciones necesarias para desplegar estas tecnologías a gran escala. Si lo hacen, los flujos de desechos que actualmente se tratan como pasivos ambientales podrían convertirse en reservas estratégicas de recursos. Las estrategias de extracción de minerales críticos podrían evolucionar de modelos lineales hacia sistemas circulares más resilientes.
La biotecnología podría surgir como un complemento poderoso a la minería convencional, ayudando a asegurar los materiales necesarios para la transición hacia una economía baja en carbono.
Gerhard Schenk
