Estados Unidos. Investigadores de Penn State desarrollan un nuevo recubrimiento de nanocelulosa (MINC) inspirado en el mejillón para recuperar elementos de tierras raras (REE) de fuentes secundarias, como aguas residuales industriales, sin utilizar una gran cantidad de energía.
Los investigadores encontraron inspiración bajo el mar: la pegajosidad del mejillón, imitando el pegamento natural.
Los REE desempeñan un papel clave en la energía limpia, vital para la producción de baterías ligeras y eficientes y componentes esenciales de las turbinas eólicas. Por el contrario, la extracción convencional de estos elementos plantea preocupaciones ambientales que van desde la destrucción del hábitat hasta la contaminación del agua y del aire y la gran cantidad de energía necesaria para extraer y procesar estos elementos.
Los mejillones tienen una notable capacidad para adherirse a superficies bajo el agua debido a las propiedades adhesivas de las moléculas a base de catecol que se encuentran en las proteínas del mejillón. El MINC refleja esto al consistir en nanocristales de celulosa peludos ultrapequeños con propiedades excepcionalmente pegajosas.
El MINC se aplica a un sustrato mediante una técnica llamada formación de capa publicitaria mediada por dopamina. Una reacción química permite que el MINC forme una fina capa de moléculas sobre una superficie, lo que lo hace capaz de adherirse a una amplia gama de sustratos.
"El enfoque MINC ofrece una alternativa sostenible y ecológica a los métodos de extracción convencionales, minimizando la huella ambiental y contribuyendo a la disponibilidad a largo plazo de elementos críticos", afirmó Amir Sheikhi, profesor asistente de ingeniería química e ingeniería biomédica.
Los investigadores se centraron en aplicar MINC para extraer un REE particular, el neodimio. El Departamento de Energía de Estados Unidos catalogó al neodimio como un material crítico debido a la escasez de suministro y su alto impacto en las tecnologías sustentables emergentes como las baterías de automóviles eléctricos y los imanes utilizados en sistemas de energía para vehículos eléctricos y turbinas eólicas.
Sin embargo, la parte "rara" de las tierras raras es especialmente cierta con el neodimio, ya que la falta de un suministro listo para extraer de este elemento crítico obliga a extraerlo de fuentes secundarias, como el reciclaje de aguas residuales industriales. Según Sheikhi, esto puede resultar ineficiente y consumir mucha energía.
"El suministro global limitado de neodimio y el impacto ambiental de los métodos de extracción actuales requieren el desarrollo de enfoques ecológicos y sostenibles para la recuperación de REE", continuó Sheikhi, explicando que las técnicas de extracción convencionales utilizan cantidades significativas de productos químicos tóxicos, como el queroseno, para purificar el elemento objetivo.
"Los métodos anteriores de extracción de tierras raras han utilizado adsorbentes como geles de alginato, materiales sol-gel de fósforo, nanotubos y carbono poroso, pero estas técnicas demuestran una eficiencia limitada", afirmó Sheikhi.
El recubrimiento MINC es para el neodimio lo que un imán es para el hierro, sacando el REE del agua, incluso cuando el elemento solo está presente en cantidades tan limitadas como partes por millón.
