Microorganismo de la especie Tetrase/mis mediterranea (TmmRU) y su uso para la 5 producción de uranio enriquecido RESUMEN La presente invención se refiere a un microorganismo perteneciente a la especie microalgal 10 Tetraselmis mediterranea TmmRU sp. (BENIDA/0062) y al uso de dicha cepa para incrementar la relación isotópica 235U¡238U de una solución respecto de una solución de partida que contiene uranio residual con una relación 235U¡238U menor, así como al procedimiento para obtener dicha solución más enriquecida en 235U. 15 DESCRIPCIÓN Sector técnico al que se refiere la invención La presente invención se integra dentro del sector de la Biotecnología aplicada al sector 20 Energético y en particular sería de utilidad en las Plantas de Enriquecimiento de Uranio y en los emplazamientos de almacenamiento de residuos radiactivos para el reprocesado del uranio gastado. La invención está por tanto también relacionada con el sector medioambiental. 25 Exposición del estado de la técnica A pesar de que la energía nuclear es una de las fuentes de energía que menos impacto tiene con problemas medioambientales como el calentamiento global o la lluvia ácida, la generación de residuos radiactivos, los accidentes nucleares imprevistos y la asociación que 30 para mucha gente existe entTe la energía nuclear y las "bombas atómicas", han llevado a la opinión pública en general a una postura de rechazo hacia cualquier proceso relacionado con el uranio. Sin embargo, a pesar de las opiniones desfavorables, actualmente la energía nuclear DESCRIPCIÓN
sigue siendo una de las principales fuentes de generación de energía a nivel mundial: p.e. en Estados Unidos representa el 20% de la energía eléctrica producida y países como Francia, el Reino Unido o Rusia cuentan con 57, 33 Y 30 reactores nucleares respectivamente (Czerwinski K., Polz M., 2008. Uranium enrichment using microorganisms. Patente No. US 5 2008/028513 Al). Sin lugar a dudas, la tecnología nuclear mejoraría su imagen pública y se beneficiaría desde el punto de vista de la eficiencia, si alguna de las etapas del ciclo de vida del uranio (extracción procesamiento o enriquecimiento) pudiera disminuir su impacto ambiental. Procesos más 10 conservativos desde un punto de vista energético y procedimientos que generasen menos residuos, serían objetivos deseables. Las plantas para el enriquecimiento de uranio son blanco de un particular rechazo social. El punto de partida para cambiar la actual visión del fraccionamiento isotópico como una 15 actividad nociva sería explicar que los procesos de fraccionamiento isotópico no están tan lejos de los procesos naturales. De hecho, el fraccionamiento isotópico es un proceso físico-químico que se puede dar en situaciones naturales donde sea posible una separación en función de la masa. Por ejemplo, las nubes están enriquecidas en el isótopo del oxígeno más ligero (160). 20 El fraccionamiento isotópico también ocurre en la mayoría de procesos biológicos, aunque nonnalmente los efectos son débiles, con la excepción de algún caso relacionado con el hidrógeno o el deuterio (Bowen HJM, 1960. Biological fractionation of isotopes. International Journal of Applied Radiation and Isotopes, vol. 7, pp. 261-272). Este fraccionamiento natural 25 ocurre como consecuencia de las diferencias en la velocidad de difusión de los distintos isótopos: en general los isótopos más ligeros viajan más rápidamente que los pesados a través de las rutas metabólicas. Por ejemplo en los procesos fotosintéticos el CO2 que se capta está enriquecido en 12C mientras que el oxígeno que se desprende lo está en 180. Más cercanas nos resultan las diferencias en la composición isotópica del azufre, nitrógeno y carbono que se 30 utilizan para realizar un trazado de las cadenas alimentarias (Hoefs J.,Stable Isotope Geochemistry. Springer-Verlag, Berlín, 1997, 4th ed.) o las diferentes relaciones CI2/C 13 para detenninar el origen biogénico de rocas antiguas.
Aunque se ha estudiado la capacidad natural de algunos microorganismos y biomasa microbiana para recuperar uranio, la posibilidad de enriquecer uranio mediante nuevos procedimientos basados en la actividad microbiana apenas se ha planteado pese a que existen 5 una serie de indicios esperanzadores. El fraccionamiento isotópico ha sido observado en bacterias reductoras, p.e. el fraccionamiento de azufre durante la reducción desasimilativa de sulfatos (Johnson TM, 2004: A review of mass-dependent fractionation of selenium isotopes and implica-tions for other heavy stable isotopes. Chem Geol 204: 201-214); el fraccionamiento isotópico del Fe al tiempo de la reducción desasimilativa de Fe(IlI) (Crosby 10 HA., Roden EE., Johnson CE., Beard BL., 2007. The mechanisms of iron isotope fractionation during dissimilatory Fe(IU) reduction by Shewanella putrefaciens and Geobacter sulfurreducens. Geobiology 5: 169-189) y la reducción desasimilativa del selenio (Johnson, 2004). También se ha probado la eficacia de los organismos reductores de actínidos para separar el isótopo más pesado por precipitación (Basu A., 2013. Isotopic fractionation of 15 chromium and uranium during abiotic and microbial Cr(VI) reduction and microbial U(VI) reduction. Tesis Doctoral, 2103). La cantidad estimada de uranio empobrecido (las llamadas "colas" del proceso de enriquecimiento en el isótopo 235U) acumulada en el mundo se estima en unos 1,5 millones de 20 toneladas. Dado que la abundancia o concentración isotópica media aproximada del 235U en las mismas es de un 0,25% (frente a la concentración natural de 0,711 %) se puede deducir que existe todavía un 35 % del 235U (isótopo fisil) guardado para ser aprovechado en un futuro si se dispusiera de un proceso rentable de extracción (enriquecimiento isotópico). Los procesos fisicos de enriquecimiento de uranio "tradicionales" no son aplicables (no resultan eficientes) 25 cuando la concentración de 235U es muy baja, resultando que en la actualidad extraer el 235U existente en esas colas no es rentable. En la presente invención se propone un desarrollo tecnológico basado en tecnología microalgal que permite el enriquecimiento de colas de uranio. En concreto, se propone el 30 empleo de una microalga marina, Tetraselmis mediterranea TmmRU que fue aislada de un medio marino y sometida a un proceso de mejora genética por selección artificial, hasta obtener el clon más eficaz en el fraccionamiento de uranio. La cepa microalgal Tetraselmis
s medi/erranea TmmRU capta selectivamente 235U y es capaz de enriquecer en 235U las "colas", consideradas "desechos", de una forma efectiva y a unos costes razonables. Objeto de la invención La invención se refiere a una nueva cepa microalgal, Te/rase/mis medi/erranea TmmRU, que tiene la capacidad de captar selectivamente 235U, lo que la convierte en una especie muy útil para el enriquecimiento isotópico (fraccionamiento isotópico) del uranio. lOEn la presente invención se proporciona, por tanto, la cepa Te/rase/mis mediterranea TmmRU que ha sido sometida a un proceso de mejora genética por selección artificial para obtener una cepa con gran capacidad para captar selectivamente el isótopo 235U, lo que da lugar a un enriquecimiento en 235U respecto de la relación presente en una solución de partida. I S Por tanto, el primer aspecto de la presente invención se refiere a un microorganismo de la especie microalgal Tetrase/mis medi/erranea TmmRU con nO de acceso en la Banco Español de Algas BEAlIDA/0062. Otro aspecto de la presente invención se refiere al uso de un microorganismo de la especie 20 Tetraselmis mediterranea TmmRU para la aumentar la relación 235UJ238U en soluciones líquidas respecto de una solución de partida. En una aplicación preferida de este aspecto de la invención, el microorganismo que pertenece a la especie de microalga Te/rase/mis mediterranea TmmRU es el microorganismo de la invención. 2S En la presente invención se entiende por "uranio enriquecido" a aquella solución en la que la se ha conseguido aumentar la proporción 235U¡238U en un cierto factor respecto de la relación isotópica de una solución de partida. Otro aspecto de la presente invención se refiere a un procedimiento para la obtención de 30 soluciones enriquecidas en 235U utilizando el microorganismo de la invención, que comprende las siguientes etapas:
5 10 a. Cultivar un microorganismo de la especie Tetrase/mis mediterranea TmmRU, preferiblemente el microorganismo de la invención b. Separar la biomasa algal producida por el microorganismo de la invención c. Recuperar el uranio de la biomasa algal a través de un proceso de digestión ácida de dicha biomasa. En el paso a. del procedimiento de la invención el cultivo del microrganismo se lleva a cabo en un medio nutriente y en unas condiciones que favorezcan el crecimiento de dicho organismo. Así, preferiblemente, las condiciones de cultivo de este paso del procedimiento de la invención son: 80 flmol fotones m-2. S-I de luz; 22°C de temperatura y medio de cultivo f/2. La novedad más importante de la invención es que se utiliza un procedimiento biotecnológico 15 a través del cual el enriquecimiento se produce como una consecuencia de la selección específica del 235U por parte del alga, lo que supone la captación selectiva del isótopo 235U por parte del alga y no como consecuencia de alguna reacción química indirecta. Es decir, el proceso a través del cual se consigue la separación selectiva del isótopo fisionable 20 (235U) es diferente a cualquiera de los que se vienen empleando actualmente: no se utilizan reactivos tóxicos (hexafluoruro), ni un sistema que consuma energía (centrífugas). En las únicas aplicaciones descritas en las que se emplean microorganismos, el fundamento del proceso se apoya en el aprovechamiento de reacciones indirectas o colaterales. En el caso que aquí se propone, el proceso de separación isotópica selectiva lo realiza el alga que capta el 25 isótopo 235U. El sistema admite una gran versatilidad en su implementación. Se podrían utilizar bioreactores o incluso aprovechar las piscinas de enfriamiento en las propias centrales. 30 El procedimiento tiene una aplicabilidad directa en el aprovechamiento de aguas residuales conteniendo uranio "empobrecido", llamadas comúnmente "colas de uranio".
Explicación de la invención Para llevar a cabo el enriquecimiento en 235U de efluentes conteniendo uranio "empobrecido" 5 (disoluciones que tienen una relación isotópica 235U/238U del orden del 0,2%) se preparará un reactor conteniendo medio de cultivo específico para el crecimiento de especies microalgales marinas. Aquí se adicionará el efluente objeto del proceso de enriquecimiento. Posteriormente se procederá al inóculo de la especie microalgal en una concentración del 10 orden de 100.000 células/mL. El cultivo se podrá mantener a temperatura ambiente y con una fuente de iluminación directa. Idealmente el cultivo puede termostatizarse a 22°C e iluminarse con una fuente continua de luz del orden de 80 Ilmol fotones m-2. S-l. Transcurridos unos 20 días se procederá a separar la biomasa de la disolución, a través de 15 alguna operación unitaria que puede ser centrifugación o filtración. La biomasa conteniendo el uranio enriquecido se utilizará como inóculo de un nuevo reactor, repitiéndose el proceso tantas veces como sea preciso en función del enriquecimiento que se desee. Por ejemplo, un objetivo deseable es que partiendo de efluentes con un enriquecimiento del orden del 0,2 % en 235U/238U se alcance lo más próximo a 0,7% en 235U/238U. 20 Finalmente, la recuperación del uranio enriquecido que está contenido en la biomasa se llevará a cabo por digestión ácida. 25 Descripción del dibujo Para facilitar la descripción y con objeto de ayudar a una mejor comprensión del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, se adjunta como parte integrante de dicha descripción, un dibujo donde, con carácter ilustrativo y no limitativo, se 30 representa un diagrama esquemático que explica el procedimiento que se ha de llevar a cabo para el proceso de enriquecimiento isotópico de uranio, objeto de la presente invención.
La figura I muestra cómo partiendo de un agua residual con una relación isotópica 235U/238U del orden de 0,2%, se pueda alcanzar una relación isotópica del orden del 0,7% a través de etapas sucesivas de enriquecimiento. En la figura I queda reflejado que: un inóculo de la especie microalgal Tetraselmis mediterranea TmmRU es transferido al agua residual 5 conteniendo el uranio empobrecido (etapa 1). Para favorecer el crecimiento del alga, se suplementa el cultivo con un medio nutriente. Transcurrido un periodo de aproximadamente 20 días, es posible separar la biomasa del medio acuoso, que estará enriquecida en un cierto factor 11. La biomasa microalgal enriquecida en 235U debe ser separada en una siguiente etapa mediante un proceso de filtración, por ejemplo, y será utilizada para iniciar un nuevo ciclo. 10 Exposición detallada de al menos un modo de realizar la invención La primera parte del procedimiento consiste en la preparación de un inóculo microalgal de la especie Tetraselmis mediterranea TmmRU. Esta especie deberá crecerse en un medio 15 conteniendo uranio hasta alcanzar una densidad celular de al menos 5 x 106 células/mI. Una vez obtenido, se procederá a transferir un inóculo del mismo al medio acuoso que contiene uranio disuelto en una relación isotópica 235ut238U del orden de 0,2-0,3 %. Además se añadirá un 10% (vol/vol) de un medio nutriente. El cultivo se tendrá a 20-25°C y con iluminación. Transcurridos 20 días se procederá a la decantación y posterior centrifugación o filtración de 20 la biomasa, que de nuevo será transferida a una siguiente etapa en la que se conseguirá un nuevo valor 11 en el enriquecimiento (figura 1). La centrifugación se realizará preferentemente a 3.500 r.p.m. durante lO minutos; si se escogiese la filtración, ésta debería realizarse a vacío con filtro de 0,22 11m de tamaño de poro. Para la recuperación del uranio contenido en la biomasa se llevará a cabo una etapa de secado hasta peso constante seguida de un tratamiento 25 con ácido nítrico al 2% v/v. Ejemplo práctico Se preparó un cultivo de Tetraselmis mediterranea TmmRU en medio f/2 (específico para el 30 crecimiento de microalgas marinas). Dicho cultivo se mantuvo con 80 ¡.tffiol fotones m·2. S·I de iluminación y a 22°C. Posteriormente se procedió a inocular una disolución de 2 mg/L uranio
y en la que la relación isotópica de uranio de partida era del 0,2%. Esta disolución contenía también el medio nutriente. El tamaño del inóculo fue 100.000 células/mL. Al cabo de 20 días se separó la biomasa de la solución a través de un proceso de 5 centrifugación a 3.500 r.p.m. durante 10 minutos. Posteriormente se llevó a cabo una digestión ácida seguida de una etapa evaporación a sequedad. Finalmente se midió la relación isotópica de los isótopos de uranio 235U y 238U tanto en la biomasa como en el efluente encontrándose que se había alcanzado un enriquecimiento en 235U en la biomasa respecto del líquido en un factor de 0,404833315. 10