източник: newscenter

Редкоземни елементи(REE) католантанинеодимовиса основни компоненти на съвременната електроника, от мобилни телефони и слънчеви панели до сателити и електрически превозни средства. Тези тежки метали се срещат навсякъде около нас, макар и в малки количества. Но търсенето продължава да расте и тъй като се срещат в толкова ниски концентрации, традиционните методи за извличане на REE могат да бъдат неефективни, замърсяващи околната среда и вредни за здравето на работниците.

Сега, с финансиране от програмата за екологични микроби като биоинженерен ресурс (EMBER) на Агенцията за напреднали изследователски проекти на Министерството на отбраната (DARPA), изследователи от Държавния университет в Сан Диего разработват усъвършенствани методи за екстракция с цел увеличаване на местното предлагане на REE.

„Опитваме се да разработим нова процедура за възстановяване, която е екологична и по-устойчива“, каза биологът и главен изследовател Марина Калюжная.

За да направят това, изследователите ще се докоснат до естествената склонност на бактериите, консумиращи метан, живеещи в екстремни условия, да улавят REE от околната среда.

„Те се нуждаят от редкоземни елементи, за да направят една от ключовите ензимни реакции в техните метаболитни пътища“, каза Калюжная.

REE включват много лантанидни елементи от периодичната таблица. В сътрудничество с Университета на Калифорния, Бъркли и Тихоокеанската северозападна национална лаборатория (PNNL), изследователите от SDSU планират да направят обратно инженерство на биологичните процеси, които позволяват на бактериите да събират металите от околната среда. Разбирането на този процес ще помогне за създаването на синтетични дизайнерски протеини, които се свързват с висока специфичност към различни видове лантаниди, според биохимика Джон Лав. Екипът на PNNL ще идентифицира генетичните детерминанти на екстремофилните и акумулиращите REE бактерии и след това ще характеризира тяхното усвояване на REE.

След това екипът ще модифицира бактериите, за да произведе метал-свързващи протеини на повърхността на техните клетки, каза Лав.

REE са сравнително изобилни в минните отпадъци, отпадъчните продукти от някои метални руди, като алуминий.

„Хвостът от мините всъщност е отпадък, в който все още има много полезни материали“, каза Калюжная.

За пречистване и събиране на REE вътре, тези суспензии от вода и натрошени скали ще преминат през биофилтър, съдържащ модифицираните бактерии, което позволява на дизайнерските протеини на повърхността на бактериите да се свързват селективно с REE. Подобно на метанолюбивите бактерии, които послужиха като техни шаблони, подобрените бактерии ще толерират крайни стойности на рН, температура и соленост, условия, открити в хвоста на мината.

Изследователите ще си сътрудничат с индустриален партньор, Palo Alto Research Center (PARC), компания на Xerox, за биоотпечатване на порест сорбентен материал за използване в биофилтъра. Тази технология за биопечат е евтина и мащабируема и се очаква да доведе до значителни спестявания, когато се прилага широко за възстановяване на минерали.

В допълнение към тестването и оптимизирането на биофилтъра, екипът също ще трябва да разработи методи за събиране на пречистените лантаниди от самия биофилтър, според инженера по околна среда Кристи Дикстра. Изследователите са се обединили със стартираща компания, Phoenix Tailings, за да тестват и усъвършенстват процеса на възстановяване.

Тъй като целта е да се разработи търговски жизнеспособен, но екологичен процес за извличане на REE, Dykstra и няколко от партньорите по проекта ще анализират разходите на системата в сравнение с други технологии за възстановяване на лантаниди, но също и въздействието върху околната среда.

„Очакваме, че ще има много ползи за околната среда и по-ниски разходи за енергия в сравнение с това, което се използва в момента“, каза Дикстра. „Система като тази би била по-скоро система за пасивна биофилтрация с по-малко вложена енергия. И тогава, теоретично, по-малко използване на наистина вредни за околната среда разтворители и подобни неща. Много настоящи процеси ще използват наистина сурови и неблагоприятни за околната среда разтворители.“

Dykstra също така отбелязва, че тъй като бактериите се възпроизвеждат, технологиите, базирани на микроби, се самообновяват, „докато ако трябваше да използваме химически метод, ще трябва непрекъснато да произвеждаме все повече и повече химикали“.

„Дори ако ще струва малко повече, но не вреди на околната среда, това би имало смисъл“, каза Калюжная.

Целта на проекта, финансиран от DARPA, е да осигури доказателство за концепцията на технологията за възстановяване на REE, задвижвана от биомаса, за четири години, което според Kalyuzhnaya ще изисква стратегическа визия и междудисциплинарна перспектива.

Тя добави, че проектът ще предостави на студентите от SDSU възможност да участват в мултидисциплинарни изследвания „и да видят как концепциите могат да растат от просто идеи до пилотна демонстрация“.

---

Време на публикуване: 17 април 2023 г