Крыніца: Newscenter

Рэдказямельныя элементы(REE) падабаеццалантанінеадымавыз'яўляюцца важнымі кампанентамі сучаснай электронікі, ад мабільных тэлефонаў і сонечных батарэй да спадарожнікаў і электрамабіляў. Гэтыя цяжкія металы сустракаюцца вакол нас, хоць і ў нязначных колькасцях. Але попыт працягвае расці, і паколькі яны сустракаюцца ў такіх нізкіх канцэнтрацыях, традыцыйныя метады здабычы РЗЭ могуць быць неэфектыўнымі, забруджваць навакольнае асяроддзе і шкодзіць здароўю працоўных.

Зараз, дзякуючы фінансаванню Агенцтва перспектыўных абаронных даследаванняў (DARPA) Мікробы навакольнага асяроддзя як біяінжынерны рэсурс (EMBER), даследчыкі Універсітэта штата Сан-Дыега распрацоўваюць перадавыя метады экстракцыі з мэтай павелічэння ўнутраных паставак РЗЭ.

«Мы спрабуем распрацаваць новую працэдуру аднаўлення, якая будзе экалагічна чыстай і больш устойлівай», - сказала біёлаг і галоўны даследчык Марына Калюжная.

Для гэтага даследчыкі вывучаць натуральную схільнасць бактэрый, якія спажываюць метан, якія жывуць у экстрэмальных умовах, захопліваць РЗЭ з навакольнага асяроддзя.

«Ім патрабуюцца рэдказямельныя элементы, каб зрабіць адну з ключавых ферментатыўных рэакцый у іх метабалічных шляхах», — сказала Калюжная.

РЗЭ ўключаюць шмат лантанідаў перыядычнай сістэмы. У супрацоўніцтве з Каліфарнійскім універсітэтам у Берклі і Ціхаакіянскай паўночна-заходняй нацыянальнай лабараторыяй (PNNL) даследчыкі SDSU плануюць правесці зваротную інжынерыю біялагічных працэсаў, якія дазваляюць бактэрыям збіраць металы з навакольнага асяроддзя. Разуменне гэтага працэсу дапаможа стварыць сінтэтычныя дызайнерскія бялкі, якія з высокай спецыфічнасцю звязваюцца з рознымі тыпамі лантанідаў, лічыць біяхімік Джон Лаў. Каманда PNNL вызначыць генетычныя дэтэрмінанты экстрэмафільных бактэрый і бактэрый, якія назапашваюць РЗЭ, а затым ахарактарызуе іх паглынанне РЗЭ.

Затым каманда будзе мадыфікаваць бактэрыі для вытворчасці метал-звязваючых бялкоў на паверхні іх клетак, сказаў Лаў.

РЗЭ адносна шмат у хвастах шахтаў, адходах вытворчасці некаторых металічных руд, такіх як алюміній.

«Хвасты шахтаў — гэта фактычна адходы, у якіх яшчэ шмат карысных рэчываў», — сказала Калюжная.

Для ачысткі і збору РЗЭ гэтыя суспензіі з вады і здробненых парод будуць праходзіць праз біяфільтр, які змяшчае мадыфікаваныя бактэрыі, што дазваляе вавёркам-дызайнерам на паверхні бактэрый выбарачна звязвацца з РЗЭ. Падобна метаналюбівым бактэрыям, якія служылі іх шаблонамі, палепшаныя бактэрыі будуць пераносіць экстрэмальныя значэнні рН, тэмпературы і салёнасці - умовы, якія сустракаюцца ў хвастах шахты.

Даследчыкі будуць супрацоўнічаць з партнёрам па прамысловасці, Даследчым цэнтрам Пала-Альта (PARC), кампаніяй Xerox, каб біядрукаваць порысты сарбентны матэрыял для выкарыстання ў біяфільтры. Гэтая тэхналогія біядруку з'яўляецца нізкай коштам і маштабуецца і, паводле прагнозаў, прывядзе да значнай эканоміі пры шырокім прымяненні для здабычы карысных выкапняў.

У дадатак да тэсціравання і аптымізацыі біяфільтра, камандзе таксама трэба будзе распрацаваць метады збору вычышчаных лантанідаў з самога біяфільтра, па словах інжынера па ахове навакольнага асяроддзя Крысці Дыкстры. Даследчыкі аб'ядналіся са стартап-кампаніяй Phoenix Tailings, каб праверыць і ўдасканаліць працэс аднаўлення.

Паколькі мэта складаецца ў тым, каб распрацаваць камерцыйна жыццяздольны, але экалагічна чысты працэс здабычы РЗЭ, Dykstra і некалькі партнёраў па праекце прааналізуюць выдаткі на сістэму ў параўнанні з іншымі тэхналогіямі для аднаўлення лантанідаў, а таксама ўздзеянне на навакольнае асяроддзе.

«Мы чакаем, што гэта прынясе шмат пераваг для навакольнага асяроддзя і знізіць выдаткі на энергію ў параўнанні з тым, што выкарыстоўваецца ў цяперашні час», — сказаў Дыкстра. «Такая сістэма была б больш падобнай на сістэму пасіўнай біяфільтрацыі з меншымі выдаткамі энергіі. І тады, тэарэтычна, менш выкарыстання сапраўды экалагічна шкодных растваральнікаў і таму падобнага. У многіх сучасных працэсах будуць выкарыстоўвацца сапраўды жорсткія і неэкалагічна чыстыя растваральнікі».

Дыкстра таксама адзначае, што паколькі бактэрыі самаразмнажаюцца, тэхналогіі на аснове мікробаў самаабнаўляюцца, «у той час як, калі б мы выкарысталі хімічны метад, нам прыйшлося б пастаянна вырабляць усё больш і больш хімікатаў».

«Нават калі гэта будзе каштаваць крыху даражэй, але гэта не нанясе шкоды навакольнаму асяроддзю, у гэтым будзе сэнс», — сказала Калюжная.

Мэта праекта, які фінансуецца DARPA, - за чатыры гады пацвердзіць канцэпцыю біякіраванай тэхналогіі аднаўлення РЗЭ, для чаго, па словах Калюжнай, спатрэбіцца стратэгічнае бачанне і міждысцыплінарны погляд.

Яна дадала, што праект дасць аспірантам SDSU магчымасць удзельнічаць у міждысцыплінарных даследаваннях «і бачыць, як канцэпцыі могуць расці ад простых ідэй да пілотнай дэманстрацыі».

---

Час публікацыі: 17 красавіка 2023 г