Beatriz Salas y Denise Cariaga

El concurso que financia proyectos potentes e innovadores en el área de la minería tuvo seis ganadores este año, de los cuales dos fueron de la Universidad Católica. Beatriz Salas con su proyecto de tesis enfocado en la comunicación entre bacterias para la recuperación del cobre; y Denise Cariaga con su propuesta para la planificación y operación energética de las redes de agua desalinizadas que existen en las zonas mineras al norte de Chile.

Las estudiantes del Doctorado en Cs. de la Ingeniería UC, Beatriz Salas, del sexto semestre con su proyecto de tesis “Rol de la comunicación tipo DSF sobre la actividad microbiana biolixiviante en minerales sulfurados”; y Denise Cariaga, del quinto semestre, con “Optimal Planning and Operations of Water Distribution and Energy Networks”, fueron 2 de los 6 ganadores que tuvo el concurso Piensa Minería de Codelco este año, donde también destacaron dos proyectos de la Universidad de Chile y uno de la Universidad Federico Santa María.

Beatriz Salas comentó que uno de los factores que la motivó a postular fue proporcionar una solución a la disminución de las reservas de minerales de óxidos de cobre que existe en el país. “Ahora se debe lidiar con minerales de baja ley, donde predominan sulfuros metálicos (MS) como la calcopirita, desde la cual la recuperación de cobre es más compleja. Mi proyecto busca potenciar la alternativa de recuperar cobre desde estos minerales, por medio de la acción de microorganismos lixiviantes, lo que se conoce como biominería”, explicó la doctoranda.

Un caso distinto fue el de Denise Cariaga. Su propuesta está inspirada en las redes de agua desalinizadas que tienen las mineras al norte de Chile, las que consumen mucha energía para impulsar el agua desde el mar a la cordillera. “Estoy trabajando en la operación inteligente, en términos energéticos, de las redes de agua, considerando las dificultades por la topología del terreno. Además, estoy investigando el impacto de las redes de agua y energía a largo plazo para proponer las políticas públicas adecuadas a futuro en esta materia”, comentó.

La convocatoria de este certamen es abierta para todos los estudiantes de doctorado que cursen un programa doctoral en Chile y que ya hayan defendido su proyecto de tesis, que debe ser una propuesta innovadora que entregue soluciones potentes a los desafíos que enfrenta la minería actual y en las áreas de interés de Codelco. Los ganadores reciben un financiamiento de 43 UF mensuales por dos años para desarrollar sus investigaciones.

Comunicación entre bacterias

A Beatriz Salas siempre le gustó estudiar cosas que no podía ver. En un primer momento se debatió entre la Astronomía o la Bioquímica, porque con ambas podía estudiar elementos muy grandes, pero lejanos como los planetas, y/o elementos cercanos, pero extremadamente pequeños como las células. Finalmente, optó por la microbiología, estudiando la carrera de Bioquímica en la Universidad de Chile, donde también hizo un magíster en la misma área.

La motivación por trabajar en el área de la microbiología, desde una perspectiva más aplicada a través del estudio de la Biominería, hizo que llegara como asistente de Investigación en el laboratorio del Instituto de Ingeniería Biológica y Médica (IIBM), dirigido por el académico Mario Vera, quien formaba parte del programa del Doctorado en Cs. de la Ingeniería del Departamento de Ingeniería Hidráulica y Ambiental y es actualmente su director de tesis. Con su investigación busca entender cómo se comunican los microorganismos lixiviantes que existen en la superficie de los minerales y de esa manera intervenir esa comunicación para que las bacterias ayuden a la recuperación del cobre.

“Esta intervención se puede imaginar como si aprendiéramos el lenguaje de las bacterias y conversaremos con algunas de ellas para lograr un efecto deseado, por ejemplo, comunicarse con especies de bacterias que no son buenas para la recuperación del cobre y decirles que abandonen la comunidad microbiana del mineral, y así mejorar la eficiencia de los procesos para la extracción del cobre”, explicó.

Este mecanismo de comunicación entre bacterias se basa en la liberación de moléculas llamadas DSF, que viene del inglés “factores de señalización difusibles”. “Con mi tesis buscamos entender cómo funciona está comunicación, especialmente en consorcios compuestos por Leptospirillum y otras especies, para contrarrestar su dominancia y privilegiar especies más propicias para la recuperación del cobre”, agregó Beatriz.

La estudiante destacó que en Chile se han agotado los yacimientos de minerales con cobre de fácil extracción, quedando los minerales que son de baja ley o los que tienen poca cantidad de cobre. “Imagínense que tienen que moler una montaña completa para obtener sólo un pequeño puñado de cobre, económicamente no es viable hacer eso. Ahí entra la biominería que es obtener cobre, pero con microorganismos”, comentó.

Gracias a que se adjudicó la beca Open Seed Fund 2021: UC – Columbia, otorgada por la Escuela de Ingeniería UC, Beatriz hará una pasantía entre abril y julio de 2023 en el Departamento de Ingeniería Química de la Universidad de Columbia, puntualmente en el laboratorio que dirige el Dr. Scott Banta, donde han logrado desarrollar mecanismos de manipulación genética en este tipo de bacterias. “Con esas herramientas yo puedo manipular su capacidad de comunicarse para comprobar si este mecanismo está presente en la comunidad de microorganismos en el mineral, y por ejemplo evaluar, si le doy la capacidad de producir estas moléculas a algún miembro de la comunidad, o si le quito está capacidad a otro miembro que si la tenía, y ver qué pasa con la recuperación del cobre”, comentó la estudiante.

Eficiencia energética en redes de agua

Denise Cariaga no sólo es estudiante del Doctorado en Cs. de la Ingeniería, también es voluntaria de Pastoral UC, miembro del Centro de Alumnos de su escuela y practica regularmente natación desde pequeña. En pregrado realizó investigaciones en el área de optimización, coordinación hidrotérmica y red colaborativa para los centros de quimioterapia.

En 2020 hizo una pasantía de investigación en el Centro Inria de Grenoble, Francia, en el área de optimización numérica aplicada al problema de contacto por fricción. En 2021 realizó su práctica profesional de ingeniería en Vinken-Dictuc, en el área de energía, agua y minería. En 2022, se tituló de Ingeniería Industrial Matemática UC, gracias a su proyecto de tesis “Optimal Planning and Operations of Water Distribution and Energy Networks”, con el que postuló y ganó el concurso de Codelco. El desarrollo de esta investigación lo sigue realizando en su doctorado junto a sus dos supervisores de tesis: Álvaro Lorca, académico del Departamento de Ingeniería Industrial y Eléctrica de la UC; y el profesor Miguel Anjos de la Escuela de Matemáticas de la Universidad de Edimburgo, en donde hará su cotutela en sus últimos tres semestres del doctorado.

Su proyecto de tesis trata sobre la operación y planificación óptima de redes de agua y energía. La primera parte es sobre el encendido y apagado inteligente de las bombas de agua de la red desalinizada de tal forma que se reduzca la demanda eléctrica del sistema. “Ese servicio se llama flexibilidad de la demanda, y en particular, la dificultad del problema radica en las ecuaciones de pérdida de energía en la impulsión del agua, de la naturaleza no lineal y de la inclinación que tienen las redes de agua desalinizada en Chile, las que desde el nivel del mar hasta la cordillera pueden llegar a los 4.000 metros”, comentó la doctoranda.

Denise explicó que se trata de una especie de colchón de energía que en los momentos de alta demanda y baja de generación eléctrica se dan dos alternativas: la primera generar más energía para alcanzar esa demanda o bajar la demanda de energía en sí.

“La segunda parte es sobre la planificación conjunta de ambas redes a largo plazo, tomando en cuenta las demandas futuras de agua y energía, para así tomar la decisión de qué elementos de las redes construir (desaladoras, tuberías, bombas, plantas solares, líneas de transmisión, etc.), en qué lugar y en qué momento, tomando unos 30 años de plazo. Esto permitiría proponer políticas públicas adecuadas en materia energética e hídrica en el país para los próximos años”, agregó.

El haber ganado el Piensa Minería es importante para Denise, debido a la relación con Codelco y la oportunidad de acceder a información, datos y expertos del área de la minería, lo que le permitirá hacer más realista el modelo y que éste se pueda aplicar en los próximos años. “La flexibilidad es muy importante hoy en día porque estamos apuntando a una matriz energética renovable, tanto en Chile como a nivel mundial, ya que sin ella será complejo asegurar la resiliencia del sistema eléctrico”, agregó Denise, quien no descartó ampliar el impacto de su propuesta a otras industrias como la agricultura.

Su experiencia en el doctorado

Beatriz destacó que el primer factor que motivó su postulación al doctorado, teniendo una base de bioquímica y microbiología, fue su flexibilidad, ya que podía armar su programa con los cursos que necesitaba fortalecer y entender. Esto sumado a la oportunidad de aprender junto a profesionales que son especialistas en sus áreas y “que trabajan día a día moviendo la línea del conocimiento. Es un programa donde distintos profesionales expertos en las ciencias naturales pueden llegar con muchas inquietudes e ir aprendiendo progresivamente en función de lo que uno quiera especializarse”, comentó.

Por su parte, Denise, quien postuló a su doctorado estando aún en el pregrado, opinó que estudiar un programa doctoral es para quienes les apasione realmente la ciencia. “El camino está lleno de altos y bajos, ya que en ciertos momentos puede haber falta de motivación, por lo que es importante ver la meta a largo plazo para ir avanzando periódicamente. Lo bueno es que contamos con un gran equipo en ingeniería en el que podemos apoyarnos. En ese sentido, agradezco la guía de Álvaro, Miguel y de los integrantes del laboratorio Energy and Complex Systems con los que trabajo en mi día a día y me dan retroalimentación para desarrollar de la mejor forma mi proyecto”, concluyó.