Investigadores del Laboratorio Nacional de Oak Ridge, en Estados Unidos, desarrollan materiales biológicos capaces de capturar metales estratégicos presentes en drenajes mineros. La tecnología combina ingeniería genética, inteligencia artificial y análisis químico, con el objetivo de transformar residuos líquidos en una fuente alternativa de minerales críticos.
Científicos del Laboratorio Nacional de Oak Ridge (ORNL), perteneciente al Departamento de Energía de Estados Unidos, trabajan en el desarrollo de esporas bacterianas modificadas para recuperar elementos de tierras raras presentes en aguas contaminadas por actividades mineras. La investigación, cuyos avances fueron presentados el 18 de septiembre de 2026, busca aprovechar las propiedades de estas estructuras biológicas para capturar metales disueltos en concentraciones muy bajas, una de las principales dificultades técnicas para recuperar minerales estratégicos desde residuos industriales.
La iniciativa, denominada Spore Platform for REE Recovery (SpoREE), combina ingeniería biológica, diseño de proteínas asistido por inteligencia artificial y técnicas avanzadas de análisis químico.
El objetivo es desarrollar un material filtrante capaz de retener selectivamente elementos de tierras raras, permitir su posterior recuperación y reutilizar las esporas en nuevos ciclos de tratamiento.
El proyecto se encuentra todavía en fase experimental, pero sus primeros resultados permitieron obtener una extensión de dos años para continuar investigando su viabilidad.
Cómo funcionan las esporas bacterianas modificadas
Las esporas son estructuras resistentes que producen determinadas bacterias para proteger su material genético y sobrevivir en ambientes desfavorables.
Pueden soportar deshidratación, cambios de temperatura, radiación ultravioleta y condiciones químicas adversas.
Estas características las convierten en candidatas para desarrollar materiales destinados al tratamiento de aguas industriales, especialmente cuando presentan niveles elevados de acidez.
El equipo encabezado por Brian Sanders, investigador de ORNL, está modificando las superficies de las esporas para incorporar proteínas capaces de unirse a determinados iones metálicos.
La estrategia consiste en utilizar las esporas como pequeñas partículas biológicas cuya superficie pueda adaptarse para reconocer y capturar elementos específicos.
Cuando entran en contacto con una solución que contiene tierras raras, las proteínas diseñadas deberían favorecer la unión de estos metales a la superficie de las esporas.
Posteriormente, los investigadores esperan separar los elementos capturados, concentrarlos y recuperar el material biológico para utilizarlo nuevamente.
A diferencia de los métodos que dependen exclusivamente de procesos químicos convencionales, el enfoque aprovecha la capacidad de determinadas proteínas para interactuar de manera selectiva con distintos metales.
Sin embargo, conseguir que estas interacciones funcionen de manera estable en aguas industriales reales continúa siendo uno de los principales desafíos de la investigación.
El desafío de recuperar metales desde el drenaje ácido de minas
Uno de los objetivos prioritarios del proyecto es el tratamiento del drenaje ácido de minas, un problema ambiental asociado a operaciones mineras activas y abandonadas.
Este fenómeno ocurre cuando determinados minerales sulfurados quedan expuestos al agua y al oxígeno, generando reacciones químicas que pueden aumentar la acidez y favorecer la disolución de metales.
El resultado puede ser una corriente de agua contaminada con concentraciones variables de hierro, manganeso, aluminio y otros elementos.
En algunas de estas aguas también existen tierras raras, aunque habitualmente en cantidades muy inferiores a las de los metales predominantes.
Esta diferencia representa un problema para los sistemas convencionales de recuperación.
Un material que capture indiscriminadamente todos los metales presentes puede saturarse rápidamente con elementos abundantes y dejar una capacidad limitada para retener aquellos que tienen mayor valor económico.
Por esta razón, la selectividad es uno de los aspectos centrales del proyecto SpoREE.
Los científicos buscan que las proteínas incorporadas en las esporas distingan ciertos elementos de tierras raras de otros componentes disueltos en el agua.
El equipo considera especialmente relevantes los drenajes ácidos asociados a antiguas explotaciones de carbón en la región de los Apalaches, en Estados Unidos, donde existen grandes volúmenes de aguas afectadas por procesos de oxidación y liberación de metales.
Aunque las concentraciones individuales de tierras raras pueden ser reducidas, el procesamiento continuo de grandes volúmenes podría permitir recuperar cantidades aprovechables, siempre que la tecnología demuestre eficiencia técnica y viabilidad económica.
Neodimio y disprosio entre los elementos prioritarios
La investigación está orientada especialmente a tierras raras utilizadas en tecnologías de alto valor industrial.
Entre los elementos prioritarios se encuentran el neodimio y el disprosio, componentes importantes en la fabricación de imanes permanentes de alto rendimiento.
Estos materiales tienen aplicaciones en motores eléctricos, turbinas eólicas, equipos electrónicos y determinadas tecnologías industriales y de defensa.
El neodimio permite fabricar imanes de elevada potencia, mientras que el disprosio puede mejorar su comportamiento frente a temperaturas exigentes.
La relevancia de estos elementos está relacionada tanto con sus propiedades físicas como con la concentración internacional de sus cadenas de suministro.
La Agencia Internacional de Energía advirtió en su informe sobre minerales críticos de 2026 que China continúa concentrando más del 90% de la refinación mundial de tierras raras utilizadas en imanes.
La búsqueda de nuevas fuentes y tecnologías de separación se ha convertido, por ello, en una prioridad para diversificar el abastecimiento.
En ese contexto, la recuperación desde residuos mineros podría complementar la extracción convencional.
El proyecto de Oak Ridge también contempla investigar si las esporas pueden adaptarse para capturar otros materiales críticos.
Uno de los candidatos mencionados por el equipo es el galio, utilizado en aplicaciones de electrónica avanzada y semiconductores.
No obstante, esta posibilidad corresponde a una línea futura de investigación y no a una capacidad industrial demostrada.
Inteligencia artificial para diseñar proteínas que capturen metales
Una de las características técnicas de SpoREE es la incorporación de herramientas de inteligencia artificial para acelerar el diseño de proteínas.
Los investigadores utilizan métodos computacionales para explorar configuraciones moleculares capaces de interactuar con determinados iones metálicos.
La dificultad consiste en identificar estructuras que no solamente puedan capturar un elemento, sino que también mantengan su comportamiento al incorporarse en la superficie de una espora bacteriana.
Durante la etapa inicial, el equipo desarrolló herramientas para examinar múltiples diseños biológicos y medir la cantidad de metales retenidos.
Uno de los avances fue la implementación de un sistema de análisis capaz de estudiar aproximadamente 80 muestras biológicas simultáneamente, identificando los elementos asociados a cada una.
También incorporaron métodos de procesamiento de imágenes asistidos por inteligencia artificial para examinar cientos de esporas y medir sus dimensiones, distribución de tamaños y superficie disponible.
Estas características son relevantes porque la capacidad de capturar metales no depende únicamente de la proteína seleccionada.
La estructura de las capas externas de la espora, los componentes biológicos que la rodean y su superficie efectiva también pueden modificar el resultado.
Los científicos comprobaron que estos factores deben considerarse conjuntamente para diseñar materiales más selectivos y reproducibles.
Qué resultados obtuvo el proyecto y qué falta demostrar
Los investigadores consideran que la primera etapa permitió establecer una base experimental para continuar desarrollando la tecnología.
El equipo consiguió avanzar en el diseño de esporas modificadas, estudiar sus interacciones con metales y desarrollar procedimientos de análisis para comparar distintas configuraciones biológicas.
Sin embargo, ORNL todavía no ha informado una tasa comercial de recuperación de tierras raras, una capacidad de tratamiento por hora ni un costo operacional validado para esta tecnología.
Tampoco se ha demostrado que el sistema pueda tratar grandes volúmenes de drenaje ácido minero de manera continua en instalaciones industriales.
La siguiente etapa buscará resolver estas limitaciones.
Los científicos planean unir o inmovilizar múltiples esporas para formar materiales que puedan incorporarse en columnas de laboratorio.
A través de estas columnas circularán soluciones que contengan metales, incluidas muestras reales de drenaje ácido de minas.
Las pruebas permitirán determinar qué elementos quedan retenidos, cuánto material puede recuperarse y si los resultados se mantienen durante ciclos sucesivos.
También será necesario estudiar los procedimientos para liberar los metales capturados y regenerar las esporas sin perder su capacidad de funcionamiento.
La estabilidad del material, su resistencia a soluciones químicas complejas y la capacidad de operar repetidamente serán factores determinantes para evaluar una futura aplicación industrial.
La posibilidad de combinar recuperación de minerales y tratamiento ambiental
Si las próximas investigaciones demuestran resultados favorables, las esporas modificadas podrían incorporarse como una etapa de recuperación selectiva dentro de sistemas de tratamiento de aguas industriales.
La posibilidad de obtener metales valiosos desde corrientes que actualmente requieren gestión ambiental ofrece un enfoque distinto al de la minería primaria.
En lugar de depender exclusivamente de nuevos yacimientos, parte de los elementos estratégicos podría recuperarse desde residuos líquidos generados por actividades productivas anteriores.
Esto no significa que la tecnología pueda sustituir los procedimientos convencionales de descontaminación.
La captura de tierras raras no garantiza por sí sola la eliminación de la acidez ni de todos los contaminantes presentes en el agua.
Cualquier aplicación futura deberá integrarse con procesos capaces de cumplir las exigencias ambientales correspondientes.
Además, recuperar pequeñas cantidades de metales desde soluciones diluidas puede resultar técnicamente complejo y costoso, especialmente cuando es necesario separar elementos con propiedades químicas muy similares.
La viabilidad dependerá de la concentración inicial de tierras raras, la selectividad alcanzada, la vida útil del material biológico y los costos de operación y regeneración.
Una nueva línea de investigación para los minerales críticos
La extensión de dos años concedida al proyecto SpoREE permitirá avanzar desde el estudio de interacciones entre proteínas y metales hacia ensayos con materiales filtrantes más próximos a una aplicación práctica.
Esta etapa será fundamental para establecer si las esporas modificadas pueden mantener un rendimiento adecuado frente a las condiciones químicas variables del drenaje minero real.
La investigación también podría generar herramientas aplicables a otros sistemas biológicos de recuperación de metales, independientemente del resultado comercial específico de SpoREE.
Para la industria minera, el interés del proyecto reside en la posibilidad de combinar biotecnología y procesamiento de residuos para obtener recursos que actualmente pueden permanecer dispersos en corrientes de agua.
El avance todavía no representa una tecnología lista para instalarse en plantas de tratamiento, pero demuestra que las esporas bacterianas pueden investigarse como plataformas biológicas para capturar metales estratégicos.
El próximo desafío será comprobar si esa capacidad puede transformarse en un proceso continuo, selectivo y económicamente competitivo para recuperar tierras raras desde aguas contaminadas por la minería.
REDIMIN Responde
¿Qué desarrollan los investigadores del Laboratorio Nacional de Oak Ridge?
Desarrollan materiales biológicos capaces de capturar metales estratégicos presentes en drenajes mineros, utilizando ingeniería genética, inteligencia artificial y análisis químico.
¿Cuál es el objetivo del proyecto SpoREE?
El objetivo es desarrollar un material filtrante capaz de retener selectivamente elementos de tierras raras, permitir su posterior recuperación y reutilizar las esporas en nuevos ciclos de tratamiento.
¿Qué desafíos enfrenta la recuperación de metales desde el drenaje ácido de minas?
El desafío principal es la selectividad, ya que un material que capture indiscriminadamente todos los metales puede saturarse rápidamente con elementos abundantes, dejando limitada la capacidad para retener aquellos de mayor valor económico.
¿Qué elementos de tierras raras son prioritarios en la investigación?
El neodimio y el disprosio son prioritarios, ya que son componentes importantes en la fabricación de imanes permanentes de alto rendimiento utilizados en motores eléctricos, turbinas eólicas y otras tecnologías industriales.
¿Cómo se utiliza la inteligencia artificial en el proyecto SpoREE?
Se utiliza para acelerar el diseño de proteínas, explorando configuraciones moleculares que interactúan con iones metálicos y midiendo la cantidad de metales retenidos en las esporas bacterianas.
