Enquanto a geopolítica mundial trabalha para obter elementos de terras raras (ETRs), um passivo ambiental rico desses elementos se acumula em depósitos e aterros sanitários. Trata-se das lâmpadas fluorescentes, que carregam em seu interior ETRs que incorporam metais estratégicos para a economia mundial. Com a previsão de que esse tipo de lâmpada deixe de ser produzida em 2027, deve haver o aumento significativo de seu descarte.
Atualmente, poucas empresas fazem a reciclagem desse tipo de material, e, quando isso acontece, o processo costuma envolver agentes químicos danosos ao meio ambiente. Para reverter esse cenário, pesquisadores do Instituto de Química (IQ) da Unesp, em Araraquara, desenvolveram uma forma sustentável de extrair terras raras desse resíduo.
A pesquisa, publicada na revista científica internacional ACS Sustainable Resource Management, apresenta um método de biolixiviação, no qual bactérias são utilizadas para extrair os metais presentes no material descartado. O trabalho mostrou que é possível recuperar quase totalmente alguns desses elementos, especialmente ítrio e európio, alcançando 96% de pureza.
“O mundo todo está substituindo lâmpadas fluorescentes por LED. Na melhor das hipóteses, esse material triturado acaba em aterros sanitários. É um desperdício enorme, porque a concentração de metais como ítrio e európio nesse resíduo é muito maior do que a encontrada em minérios naturais”, explica o pós-doutorando do IQ Ailton Guilherme Rissoni Toledo, primeiro autor do artigo.
Segundo o pesquisador, enquanto muitos depósitos minerais apresentam menos de 1% desses elementos, o pó de lâmpadas fluorescentes pode chegar a concentrações próximas de 10%, o que torna esse resíduo uma fonte valiosa.
Como acontece a bioxiliviação
O processo de recuperação desses metais envolve a bactéria Acidithiobacillus thiooxidans, um microrganismo capaz de oxidar enxofre e produzir ácido sulfúrico. De acordo com a professora Denise Bevilaqua, diretora do IQ, essa bactéria apresenta características interessantes para processos industriais. “Esse microrganismo é autotrófico. Ele usa gás carbônico do ar para crescer, então não precisamos adicionar matéria orgânica ao processo. Além disso, o enxofre utilizado pode ser um resíduo industrial”, descreve a professora.
Dessa forma, as bactérias são cultivadas sozinhas em um meio de cultura para que cresçam e produzam o ácido sulfúrico. Após essa etapa, o resíduo das lâmpadas trituradas é adicionado a esse meio, quando o ácido sulfúrico produzido pelas bactérias passa a “soltar” as terras raras do pó onde elas estavam.
Uma vantagem desse método é que, ao contrário das técnicas convencionais de extração de terras raras a partir de resíduos, ele ocorre em temperatura ambiente e sem alta pressão. De acordo com a diretora do IQ, isso reduz os riscos associados ao transporte e manuseio de grandes volumes de ácido.
Depois da extração, os elementos foram recuperados na forma de um material luminescente baseado em óxido de ítrio dopado com európio – um composto utilizado em dispositivos de iluminação e displays.
Segundo o docente Elias Ferreira, do Laboratório de Materiais Fotônicos do IQ Unesp e um dos autores do estudo, a qualidade do material obtido foi uma das principais surpresas do estudo.
“O que chamou bastante atenção foi a alta eficiência do processo de biolixiviação. Em poucos dias, conseguimos solubilizar praticamente todo o ítrio e o európio presentes no resíduo”, enfatiza o pesquisador. Elias afirma ainda que o material recuperado apresentou propriedades luminescentes semelhantes às de materiais comerciais, indicando potencial para aplicações tecnológicas.
Outro aspecto relevante foi a obtenção de resultados expressivos mesmo utilizando resíduos com impurezas. “Na nossa pesquisa utilizamos um resíduo industrial, que é um subproduto da reciclagem de lâmpadas fluorescentes e contém diversas impurezas. Em muitos estudos da literatura, os experimentos são feitos com materiais mais puros, como o fosfato sintético contendo ítrio e európio. Mesmo trabalhando com um resíduo complexo e pouco aproveitado, foi possível alcançar uma alta eficiência na extração utilizando a biolixiviação”, afirma Ailton.
Trabalho multidisciplinar e em equipe
A pesquisa foi desenvolvida no âmbito de um amplo projeto financiado pelo Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), coordenado pelo professor Sidney José Lima Ribeiro, do IQ. A iniciativa reúne diferentes grupos de pesquisa da própria universidade e também da Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), com o objetivo de desenvolver novas tecnologias para a recuperação de elementos de terras raras a partir de resíduos urbanos e industriais.
O estudo integra o Laboratório de Materiais Fotônicos, coordenado por Sidney, e o grupo de Bioprocessos aplicados à mineração e ao meio ambiente, da professora Denise Bevilaqua. Enquanto o grupo da docente atua no desenvolvimento de processos biotecnológicos capazes de extrair metais de resíduos e minérios de baixo teor, o laboratório de fotônica investiga as propriedades ópticas e as aplicações tecnológicas dos elementos de terras raras recuperados.
“Nesse projeto, unimos nossa experiência em bioprocessos voltados à mineração e ao meio ambiente com a expertise do grupo de fotônica, que estuda justamente as aplicações desses elementos”, explica Denise.
Segundo Elias, a integração entre diferentes áreas foi essencial para o avanço do trabalho. “Quando trabalhamos com resíduos reais, precisamos de uma equipe multidisciplinar. São necessários especialistas em química analítica, biotecnologia, materiais e luminescência para compreender todo o processo, desde a caracterização do resíduo até a avaliação das possíveis aplicações dos elementos recuperados”, conclui.
Desafios e próximos passos
Apesar dos resultados promissores, os pesquisadores esclarecem que o processo ainda precisa avançar para ser possível escalonar a produção dos ácidos.
“Os experimentos foram realizados em escala de laboratório. Agora precisamos avaliar como esse processo se comporta em reatores maiores e em condições próximas das industriais”, diz Denise.
Outro desafio é a separação individual dos diferentes elementos de terras raras recuperados, que possuem propriedades químicas muito semelhantes.
“Nesse estudo, o ítrio e o európio foram recuperados juntos. Para aumentar o valor econômico do processo, o ideal é conseguir separá-los de forma seletiva”, conta Ailton.
De acordo com o professor Elias, a ideia é desenvolver métodos para conseguir separar esses elementos e também utilizá-los em materiais tecnológicos, como por exemplo, em dispositivos de iluminação e displays.
Ciência por uma economia circular
Para Denise, pesquisas desse tipo mostram como a ciência pode contribuir para enfrentar desafios ambientais contemporâneos.
“O IQ tem equipamentos e grupos de pesquisa altamente especializados. Usar esse conhecimento para desenvolver tecnologias de economia circular e na recuperação de metais críticos é uma contribuição importante da ciência para a sociedade”, finaliza.