Resumen de Microalgas y elementos químicos clave en la industria energética.: I. El caso del litio : captura y fraccionamiento. II. Diversidad y adaptación exitosa : el caso del uranio
Hector Miguel Diaz Alejo Guerrero
- español
El cambio global antropogénico afecta a los ecosistemas, cuya base son los productores primarios. Dentro de estos destacan las microalgas, que son un actor crucial respecto al calentamiento global al capturar CO2. En relación al calentamiento global, en la actualidad se apuesta por fuentes de energía no emisoras de CO2, incrementando el uso de ciertos elementos como el uranio y el litio. El uranio es esencial en la energía nuclear de fisión, energía en auge y sin emisiones de CO2. Pero la minería de uranio origina masas de agua tóxica almacenadas en charcas superficiales. El litio es clave en la fabricación de baterías y en el desarrollo de la energía nuclear de fusión, que usa el isótopo 6Li. Son necesarias nuevas formas de obtener, reciclar y enriquecer en 6Li para responder a la demanda de forma sostenible. Podrían emplearse microalgas dada su amplia utilidad biotecnológica.
Los objetivos de esta tesis han sido, primero, estudiar las características físicas y químicas de las aguas residuales de minería de uranio y su relación con la diversidad fitoplanctónica, y estudiar la adaptación rápida de especies mesófilas a estos ambientes. Segundo, estudiar la capacidad de capturar litio y separar sus isótopos (6Li y 7Li) por parte de microalgas clorofitas con perspectiva biotecnológica.
Se muestrearon y analizaron aguas de charcas residuales de minería de uranio en la Península Ibérica y una charca control, determinando el pH, la radiactividad, las concentraciones de U, As, Pb, Cu y Zn y la toxicidad con un test Microtox. Se escogieron cinco charcas que presentaron concentraciones de uranio superiores a 1mg/L.
Se estudió la adaptación rápida de tres cepas de microalgas, Dictyopshaerium chlorelloides, y Chlamydomonas reinhardtii A y B, a las cinco aguas muestreadas, mediante el uso de un biorreactor semi-continuo basado en el quemostato de Novick y Szilard y el muestreo periódico y exposición al agua tóxica para estudiar la aparición y mantenimiento de mutaciones que confieran resistencia a las aguas tóxicas del estudio.
Para valorar la capacidad de las clorofitas de capturar y fraccionar isótopos de litio, se utilizaron tres cepas de las especies Tetraselmis mediterranea, Chlamydomonas reinhardtii y Desmodesmus sp. Se realizaron cuatro cultivos con litio por cada cepa, cada uno centrifugado a un tiempo diferente: tras la inoculación y tras 3, 12 y 27 días. Se hizo un análisis del litio en los pellets. Las relaciones isotópicas obtenidas se compararon con un control químico para valorar el enriquecimiento.
Las aguas de minería de uranio estudiadas presentaron niveles de diversidad fitoplanctónica bajos y más toxicidad que el control. El pH y la concentración de metales varió en función de la charca, ligado a una gradación en la capacidad de adaptación a las charcas: en dos charcas las cepas se aclimataron, en dos hubo adaptación que requirió de mutaciones y en una no se observó adaptación al medio.
El ensayo con el litio mostró la capacidad de capturar litio utilizando las tres especies de microalgas del estudio. El fraccionamiento fue posible y se alcanzó el enriquecimiento máximo con Desmodesmus sp. (Delta=85,39¿), mayor al obtenido con otros métodos de fraccionamiento propuestos, además de obtenerse con cepas sin contacto previo con litio y en condiciones no optimizadas. La mejora genética y determinación de las mejores condiciones ambientales para capturar litio y fraccionar los isótopos aumentaría la eficiencia del proceso.
Estos estudios permiten ver que la minería de uranio afectará a los ecosistemas creando ambientes extremos donde la diversidad fitoplanctónica es baja, aunque también se ha comprobado la capacidad de las microalgas para adaptarse mediante mutaciones pre-existentes. A su vez, el cultivo de microalgas puede ser un método de captura de litio desde matrices líquidas, pero también serviría para fraccionar isótopos de litio, abriendo la puerta a la biotecnología nuclear.
- English
Human activities have created disruptions in terrestrial systems. There is a great loss in biodiversity, water bodies acidification, eutrophication and global warming. The changes are such that the term “Anthropocene” was coined to refer to the current geological time. The future is unclear, but it is predicted that many ecosystems will be affected. Primary producers are the foundation of ecosystems. Within primary producers, microalgae - photosynthesizing microorganisms -, are relevant due to their ubiquity, diversity and ecological importance. Furthermore, with respect to climate change they are a great help since microalgae capture carbon dioxide while growing. Since the Industrial Revolution, humankind has emitted to the atmosphere massive amounts of carbon caused by the fossil fuel combustion to obtain energy, provoking an imbalance that results in global warming. At present, power generation and mobility are directed towards carbon-free sources. However, this means an increase in the utilization of certain chemical elements such as uranium and lithium. These elements have their own environmental concerns. Uranium is needed for nuclear fission energy, an efficient and low-carbon energy source. However, mining and uranium processing create great bodies of toxic acid water, causing extreme environments in the open air. Lithium is a key element in the manufacturing of batteries, but also in the nuclear fusion energy development. Nevertheless, new ways of obtaining and recycling lithium will be needed to respond to the demand with the least possible environmental damage. At the same time, new isotopic enrichment methods are required to make the process of 6Li isotope obtainment more efficient and sustainable, where microalgae might have an important role given their broad biotechnological usefulness...
