Extraction efficace des métaux par biolixiviation avec des micro-organismes stimulés par des électrons

Dans le cadre du projet "BioIntElekt" (Développement d'une source innovante de faisceau d'électrons à faible énergie et à petite échelle intégrée dans un système de bioréacteur, référence de financement : 601015) financé par la Fraunhofer-Gesellschaft dans le cadre d'un programme interne, les métaux doivent être mobilisés à l'aide de bactéries. Au Fraunhofer Institute for Organic Electronics, Electron Beam and Plasma Technology FEP, un nouveau procédé de lixiviation microbienne améliorée des minerais (biolixiviation) est en cours de développement et les premiers succès ont été obtenus. L'institut présentera le principe du procédé à l'ACHEMA 2022, du 22 au 26 août 2022, à Francfort-sur-le-Main, en Allemagne, sur le stand commun Fraunhofer n°. A52 dans le hall 6.0.

Les chercheurs travaillent sur des solutions pour une consommation économique des ressources, leur recyclage et la récupération future de nouvelles sources de matières premières, ainsi que sur une extraction respectueuse de l'environnement mais toujours orientée vers la demande dans le monde entier. L'extraction des métaux lourds de leurs minerais à l'aide de micro-organismes est appelée lixiviation microbienne des minerais ou biolixiviation. Depuis le milieu du XIXe siècle, par exemple, le cuivre est extrait des minerais de l'énorme gisement de Rio Tinto, dans le sud de l'Espagne, par des processus microbiologiques. Dans ce cas, ces processus naturels se déroulent de manière incontrôlée.

Actuellement, la biolixiviation du cuivre dans la production à grande échelle est principalement réalisée par percolation dans les stocks. Le minerai doit être broyé à une taille de particule d'environ 1 cm ou moins en deux ou trois étapes de broyage. Une solution d'acide sulfurique diluée est appliquée sur le matériau en tas par irrigation au goutte-à-goutte ou par aspersion et le processus doit être répété jusqu'à ce que la concentration de cuivre souhaitée soit atteinte. L'ensemble du processus de lixiviation peut durer plusieurs mois.

Afin d'accélérer la lixiviation microbienne des minerais et d'appliquer le processus à une récupération plus efficace des métaux dans les résidus et les déchets, un consortium interdisciplinaire s'est formé au Fraunhofer FEP, qui vient de recevoir une subvention interne.

Au fil des décennies, le Fraunhofer FEP a acquis une expertise dans le domaine de la technologie des faisceaux d'électrons, du développement de sources de faisceaux d'électrons et de leur adaptation à des applications spécifiques. Ce savoir-faire est maintenant transféré aux processus biotechnologiques.

Simone Schopf, chef de groupe "Processus biotechnologiques" à Fraunhofer FEP, explique : "Nous travaillons actuellement à un laboratoire de recherche sur les processus biotechnologiques : "Nous travaillons actuellement sur une technologie à l'échelle du laboratoire pour l'intégration directe d'une source de faisceau d'électrons dans un bioréacteur pour le traitement des liquides. Dans le même temps, nous avons pu effectuer des tests initiaux avec une installation à faisceau d'électrons existante afin de prouver la faisabilité de cette technologie. Nos résultats suggèrent que l'interaction entre les électrons et les bactéries peut conduire à une stimulation. Par exemple, dans des expériences préliminaires, nous avons stimulé des bactéries avec de faibles doses d'électrons et obtenu des rendements supérieurs d'environ 10 %. La technologie sera spécifiquement développée pour des applications dans les secteurs des sciences de la vie et des technologies environnementales."

Jusqu'à présent, le traitement des liquides avec des électrons a été réalisé avec des films liquides très fins avec des accélérateurs de type linéaire. La production de ces grands accélérateurs de type linéaire ne pose pas de problème. Les défis résident dans la miniaturisation de la source du faisceau d'électrons et dans la conception de l'interface avec le bioréacteur. Cependant, l'introduction directe et ciblée des électrons dans le liquide entraîne de faibles pertes d'énergie et l'effet de refroidissement du liquide peut être utilisé à bon escient.

Le Dr Michiel Top ajoute : "Fraunhofer FEP comble aujourd'hui une lacune technologique dans le traitement électronique des liquides : avec une source de faisceau d'électrons miniaturisée et peu coûteuse (émetteur d'électrons à basse énergie) intégrée dans un bioréacteur agité contenant des micro-organismes appropriés."

Actuellement, la recherche se concentre sur la biolixiviation pour la récupération de matières premières ou comme processus de recyclage. Outre l'utilisation du procédé pour la lixiviation microbienne du minerai, les scientifiques prévoient également des applications dans le traitement des eaux usées, les applications de stérilisation, l'industrie alimentaire et l'industrie pharmaceutique. Le procédé pourrait également présenter un intérêt pour la production biotechnologique de substances naturelles ou même d'hydrogène "vert" à l'avenir.

L'objectif du Fraunhofer FEP est de collaborer avec des partenaires industriels afin d'exploiter de nouveaux marchés futurs et de développer une technologie qui puisse être utilisée pour relever les défis économiques et sociaux de demain. Ce développement suscite déjà un grand intérêt.