Tecnología chilena: bacterias que “comen” contaminantes de drenaje minero y purifican aguas

Investigación liderada por el Dr. Iván Ñancucheo, en la Facultad de Ingeniería y Tecnología (FIT) de la Universidad San Sebastián, sede de Concepción, fue seleccionada por la Agencia Nacional de Investigación y Desarrollo (ANID) para demostrar su utilidad en la industria minera.




Un equipo de investigadores de la Facultad de Ingeniería y Tecnología (FIT) de la Universidad San Sebastián (USS), sede Concepción, liderados por el Dr. en Microbiología Ambiental de la Universidad de Bangor (Reino Unido), Iván Ñancucheo, está desarrollando un prototipo tecnológico sobre la base de bacterias acidófilas para remover compuestos complejos y contaminantes presentes en el drenaje ácido minero, que trae como consecuencia la proliferación de las denominadas “aguas de contacto” de la minería.

El drenaje ácido de la minería es un problema que tiene solución.

Estos cursos de agua acidificados no se consideran residuos líquidos industriales, pero al tomar contacto con las faenas (en botaderos, relaves o infiltración en minas subterráneas), se agregan metales como el cobre, hierro, sulfato o zinc que dañan los sistemas acuáticos, inhiben el crecimiento de vegetación, afectan las aguas superficiales, subterráneas o acuíferos, con el consiguiente daño a los ecosistemas y a las comunidades que no pueden usar el recurso hídrico para consumo humano o de riego.

Microorganismos extremófilos pueden extraer contaminantes y, además, retener nanopartículas de cobre para usos tecnológicos antimicrobianos.

La solución de la USS a este problema es una biorremediación de estas aguas sobre la base de microorganismos que remueven el sulfato en condiciones ácidas, elevando el pH del efluente para asegurar su uso como agua de riego. Además, como resultado del proceso de tratamiento microbiano, se optimiza la recuperación selectiva de cobre, en la forma de nanopartículas, lo que constituye un valor agregado que no poseen otros procesos convencionales para el tratamiento del drenaje ácido minero.

El camino de la innovación

Fue en 2016 cuando Iván Ñancucheo (47 años) regresó a Chile tras de más de una década como estudiante y luego como investigador en la Universidad de Bangor del Reino Unido, en el MIT de Estados Unidos y luego trabajando en Brasil, en la minera Vale, la segunda más grande del mundo. El bioquímico y magíster en Ingeniería Bioquímica formado en Valparaíso arribó directo a la capital de la región del Biobío para sumarse al equipo de investigadores de la FIT USS, que se ha convertido en un polo de investigación de las fronteras de las ciencias.

Acidiferrimicrobuim australis, perteneciente a un grupo bacteriano poco conocido del Phylum Actinobacteria, fue encontrada en la zona de la cuenca carbonífera de la región del Biobío por los investigadores de la USS, Iván Ñancucheo y Christian Canales.

Si bien en esa zona del país la minería ya no cuenta con la importancia que tuvo antaño con el carbón, fue aquí, en las dependencias de la FIT, donde el Dr. Ñancucheo comenzó a investigar a fondo una solución científica para detener el impacto negativo de la minería en el medio ambiente, específicamente en los cursos de agua.

Su primer paso fue descubrir la presencia de microorganismos llamados extremófilos -los más famosos son los tartígrados-, concepto que describe a cualquier ser capaz de proliferar bajo condiciones ambientales extremas y hostiles desde la perspectiva humana y de la gran mayoría de la vida que conocemos.

Dentro de este grupo, el investigador se enfocó en las bacterias acidófilas, capaces de crecer en condiciones muy ácidas y que, generalmente, presentan una alta concentración de metales, porque son capaces de extraer (“comer”) minerales que están disueltos en las aguas, como cobre, zinc, hierro y sulfatos.

El científico había conocido este problema -aguas que entran en contacto con procesos mineros- en terrenos en que se desarrolló la otrora famosa minería del carbón en Inglaterra. En nuestro país es posible encontrar estos microorganismos en sitios mineros abandonados, como en la minería de carbón en la provincia de Arauco, donde Ñancucheo llegó un día para mirar los restos de algunas faenas. Hasta esa fecha nadie había descrito el problema.

El bioquímico se acercó a los pirquineros de la zona de Curanilahue, donde recuerda que fue Benedicto Huenchuleo, un minero del área, quien lo acercó a los lugares deshabitados, encontrándose con lo que buscaba: agua de color marquesina, pista que da a entender que ahí habitaban los microorganismos que buscaba.

Fue una sorpresa para él ver que esas aguas, que alguna vez vio en Brasil y en Inglaterra, estuviesen disponibles a menos de 100 kilómetros del Laboratorio del FIT. Es precisamente en la zona de Curanilahue donde se aíslo el primer género bacteriano de nuestro país y que no había sido descubierto y descrito en otra parte del mundo y que fue bautizado como “Acidiferrimicrobium australis.

Bacterias en la Antártica

Además, estos riachuelos también habían sido vistos en la Antártica. El investigador de la USS lo supo por un geólogo que lo detalló en un paper, pero quien no profundizó en el tema microbiano. Fue así como el Dr. Ñancucheo propuso hacerlo al Instituto Antártico Chileno, siendo ganador de un proyecto actualmente en desarrollo donde se colectaron muestras en enero de 2020.

Navíos equipados con equipos científicos trasladan investigadores a la Antártica chilena para estudiar diversos aspectos del continente helado.

En el frío del extremo sur, consiguió muestras y logró aislar al primer acidófilo en la zona, un hermano de los microorganismos antes mencionados, que entre sus raras características está el crecer a muy baja temperatura, comer roca y ser muy parecido al que se encuentra en las minas del norte.

El Dr. Iván Ñancucheo toma muestra de extremófilos en la Antártica, en el verano de 2020.

Prototipo

Luego de ello, Ñancucheo y su equipo se abocaron a crear una solución tecnológica en el Laboratorio de la FIT: un sistema llamado biorreactor, que es una especie de “caja negra” donde tienen el control de los microorganismos que tratan aguas ácidas y que permite ingresarlas para devolverlas depuradas.

La infraestructura necesaria se ha logrado gracias a distintos financiamientos que han permitido comprobar que el proceso funciona a escala de laboratorio. “Esta es la primera etapa y esperamos ir subiendo a cierto nivel para llegar a un pilotaje, ojalá en una empresa minera en el futuro”, anhela Ñancucheo, y agrega que las nanopartículas tienen un potencial que no solo serviría para la minería.

Iván Ñancucheo, Dr. en Microbiología Ambiental de la Universidad de Bangor (Reino Unido),

Aparte de la acidez de las aguas ácidas, tienen solución de cobre, lo que permitiría apelar a elementos de economía circular, al recuperar el cobre presente, formando un mineral conocido como sulfuro de cobre con tamaño de nanopartículas, reportado con múltiples funciones tecnológicas por investigadores a nivel internacional.

En palabras del académico, el sulfuro de cobre de tamaño de nanopartículas tiene una capacidad eléctrica altísima, siendo clasificado como semiconductor. Incluso, se proyecta que su uso podría estar involucrado en el desarrollo de paneles solares. A ello se suma su aplicación en la biomedicina, pudiendo ser utilizadas en terapias para eliminar células carcinogénicas. “Son productos de valor agregado que podríamos recuperar de las aguas de la minería”, agrega Ñancucheo, quien ha trabajado de la mano de los académicos e investigadores de la USS, los doctores Christian Canales y Gonzalo Recio, este último experto en nanopartículas, así como un equipo multidisciplinario que desde el Biobío buscan aportar a los desafíos medioambientales del país.

Sulfuro de cobre, un compuesto que se puede extraer con el biorreactor de la FIT de la USS.

Este proyecto de la USS fue uno de los recientemente 79 seleccionados por el Concurso IDeA I+D, convocado por la Agencia Nacional de Investigación y Desarrollo (ANID), en los que participaron 323 propuestas.

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