izvor:newscenter

Rijetki zemljani elementi(REEs) likelantanineodimijumsu bitne komponente moderne elektronike, od mobilnih telefona i solarnih panela do satelita i električnih vozila. Ovi teški metali se nalaze svuda oko nas, iako u malim količinama. Ali potražnja i dalje raste i budući da se javljaju u tako niskim koncentracijama, tradicionalne metode ekstrakcije REE mogu biti neefikasne, zagađuju okoliš i štetne po zdravlje radnika.

Sada, uz finansiranje programa Environmental Microbes as a BioEngineering Resource (EMBER) Agencije za napredne istraživačke projekte odbrane (DARPA), istraživači sa Državnog univerziteta u San Dijegu razvijaju napredne metode ekstrakcije s ciljem povećanja domaće ponude REE.

"Pokušavamo da razvijemo novu proceduru za oporavak koja je ekološki prihvatljiva i održivija", rekla je biolog i glavni istraživač Marina Kaljužnaja.

Da bi to učinili, istraživači će iskoristiti prirodnu sklonost bakterija koje troše metan koje žive u ekstremnim uvjetima da zahvate REE iz okoline.

“Njima su potrebni elementi rijetkih zemalja da naprave jednu od ključnih enzimskih reakcija u njihovim metaboličkim putevima,” rekla je Kaljužnaja.

REE uključuju mnoge lantanide elemente periodnog sistema. U saradnji sa Univerzitetom Kalifornije, Berklijem i Pacifičkom severozapadnom nacionalnom laboratorijom (PNNL), istraživači SDSU planiraju da obrnu inžinjering bioloških procesa koji omogućavaju bakterijama da sakupljaju metale iz okoline. Razumijevanje ovog procesa omogućit će stvaranje sintetičkih dizajnerskih proteina koji se vezuju sa visokom specifičnošću za različite vrste lantanida, kaže biohemičar John Love. Tim PNNL-a će identificirati genetske determinante ekstremofilnih bakterija i bakterija koje akumuliraju REE, a zatim će okarakterizirati njihov unos REE.

Tim će potom modificirati bakterije kako bi proizveli proteine ​​koji vežu metal na površini njihovih stanica, rekao je Love.

REE su relativno bogate u rudarskoj jalovini, otpadnim proizvodima nekih metalnih ruda, kao što je aluminijum.

„Rudnička jalovina je zapravo otpad u kojem još ima mnogo korisnih materijala“, rekla je Kaljužnaja.

Za pročišćavanje i prikupljanje REE unutar, ove kaše vode i drobljenog kamenja će se proći kroz biofilter koji sadrži modificirane bakterije, omogućavajući dizajnerskim proteinima na površini bakterija da se selektivno vežu za REE. Poput bakterija koje vole metan koje su im služile kao šabloni, poboljšane bakterije će tolerisati ekstremne pH vrednosti, temperature i saliniteta, uslove koji se nalaze u jalovini rudnika.

Istraživači će sarađivati ​​sa industrijskim partnerom, Palo Alto Research Center (PARC), kompanijom Xerox, na bioprintu poroznog, sorbentnog materijala za upotrebu u biofilteru. Ova tehnologija bioprintinga je jeftina i skalabilna i predviđa se da će rezultirati značajnim uštedama kada se široko primjenjuje na oporavak minerala.

Pored testiranja i optimizacije biofiltera, tim će takođe morati da razvije metode za sakupljanje prečišćenih lantanida iz samog biofiltera, kaže inženjerka životne sredine Christy Dykstra. Istraživači su se udružili sa startup kompanijom, Phoenix Tailings, kako bi testirali i usavršili proces oporavka.

Budući da je cilj razviti komercijalno održiv, ali ekološki prihvatljiv proces za ekstrakciju REE, Dykstra i nekoliko projektnih partnera će analizirati troškove sistema u poređenju sa drugim tehnologijama za obnavljanje lantanida, ali i uticaj na životnu sredinu.

„Očekujemo da će imati mnogo koristi za životnu sredinu i niže troškove energije u odnosu na ono što se trenutno koristi“, rekao je Dykstra. „Ovakav sistem bi više bio pasivni sistem biofiltracije, sa manje utroška energije. A onda, teoretski, manje upotrebe stvarno ekološki štetnih rastvarača i sličnih stvari. Mnogi trenutni procesi će koristiti zaista oštre i ne ekološki prihvatljive rastvarače.”

Dykstra također napominje da se, budući da se bakterije same repliciraju, tehnologije zasnovane na mikrobima samoobnavljaju, “dok ako bismo koristili kemijsku metodu, morali bismo neprestano proizvoditi sve više i više kemikalija.”

„Čak i ako će koštati malo više, ali ne šteti životnoj sredini, to bi imalo smisla“, rekla je Kaljužnaja.

Cilj projekta koji finansira DARPA je da se obezbedi dokaz koncepta bio-pokrenute tehnologije oporavka REE za četiri godine, za koju je Kaljužnaja rekla da će zahtevati stratešku viziju i međudisciplinarni pogled.

Ona je dodala da će projekat pružiti diplomiranim studentima SDSU priliku da učestvuju u multidisciplinarnom istraživanju “i vide kako koncepti mogu rasti od samo ideja sve do pilot demonstracije”.

---

Vrijeme objave: Apr-17-2023