font: newscenter

Elements de terres rares(REEs) comlantàineodimisón components essencials de l'electrònica moderna, des de telèfons mòbils i plaques solars fins a satèl·lits i vehicles elèctrics. Aquests metalls pesants es troben al nostre voltant, encara que en petites quantitats. Però la demanda continua augmentant i com que es produeixen en concentracions tan baixes, els mètodes tradicionals d'extracció de REE poden ser ineficients, contaminants per al medi ambient i perjudicials per a la salut dels treballadors.

Ara, amb el finançament del programa Environmental Microbes as a BioEngineering Resource (EMBER) de la Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), els investigadors de la Universitat Estatal de San Diego estan desenvolupant mètodes avançats d'extracció amb l'objectiu d'augmentar el subministrament nacional de REE.

"Estem intentant desenvolupar un nou procediment de recuperació que sigui respectuós amb el medi ambient i més sostenible", va dir la biòloga i investigadora principal Marina Kalyuzhnaya.

Per fer-ho, els investigadors aprofitaran la propensió natural dels bacteris consumidors de metà que viuen en condicions extremes per capturar REE del medi ambient.

"Requereixen elements de terres rares per fer una de les reaccions enzimàtiques clau en les seves vies metabòliques", va dir Kalyuzhnaya.

Els REE inclouen els molts elements lantànids de la taula periòdica. En col·laboració amb la Universitat de Califòrnia, Berkeley i el Laboratori Nacional del Nord-oest del Pacífic (PNNL), els investigadors de l'SDSU tenen previst fer enginyeria inversa dels processos biològics que permeten als bacteris collir els metalls del medi ambient. Segons el bioquímic John Love, la comprensió d'aquest procés permetrà la creació de proteïnes de disseny sintètiques que s'uneixen amb una alta especificitat a diferents tipus de lantànids. L'equip de PNNL identificarà els determinants genètics dels bacteris extremòfils i acumuladors de REE, i després caracteritzarà la seva absorció de REE.

A continuació, l'equip modificarà els bacteris per produir les proteïnes que s'uneixen als metalls a la superfície de les seves cèl·lules, va dir Love.

Els REE són relativament abundants als residus de mines, els productes de rebuig d'alguns minerals metàl·lics, com l'alumini.

"Els residus de les mines són en realitat residus que encara tenen molts materials útils", va dir Kalyuzhnaya.

Per purificar i recollir els REE dins, aquests purins d'aigua i roques triturades passaran a través d'un biofiltre que conté els bacteris modificats, permetent que les proteïnes dissenyades a la superfície dels bacteris s'uneixin selectivament als REE. Igual que els bacteris amants del metà que van servir com a plantilles, els bacteris millorats toleraran extrems de pH, temperatura i salinitat, condicions que es troben als residus de la mina.

Els investigadors col·laboraran amb un soci de la indústria, el Palo Alto Research Center (PARC), una empresa de Xerox, per bioimprimir un material porós i absorbent per utilitzar-lo al biofiltre. Aquesta tecnologia de bioimpressió és de baix cost i escalable i es preveu que suposarà un estalvi significatiu quan s'aplica de manera àmplia a la recuperació de minerals.

A més de provar i optimitzar el biofiltre, l'equip també haurà de desenvolupar mètodes per recollir els lantànids purificats del propi biofiltre, segons l'enginyer ambiental Christy Dykstra. Els investigadors s'han unit amb una empresa inicial, Phoenix Tailings, per provar i perfeccionar el procés de recuperació.

Com que l'objectiu és desenvolupar un procés comercialment viable però respectuós amb el medi ambient per extreure REE, Dykstra i diversos dels socis del projecte analitzaran els costos del sistema en comparació amb altres tecnologies per a la recuperació de lantànids, però també l'impacte ambiental.

"Preveiem que tindria molts beneficis ambientals i costos energètics més baixos en comparació amb el que s'utilitza actualment", va dir Dykstra. “Un sistema com aquest seria més un sistema de biofiltració passiu, amb menys aportacions d'energia. I després, teòricament, menys ús de dissolvents realment nocius per al medi ambient i coses així. Molts processos actuals utilitzaran dissolvents realment durs i no respectuosos amb el medi ambient".

Dykstra també assenyala que, com que els bacteris es repliquen, les tecnologies basades en microbis es renoven per si mateixes, "mentre que si haguéssim d'utilitzar un mètode químic, hauríem de produir contínuament més i més productes químics".

"Fins i tot si costarà una mica més, però no perjudica el medi ambient, això tindria sentit", va dir Kalyuzhnaya.

L'objectiu del projecte finançat per DARPA és proporcionar una prova de concepte de la tecnologia de recuperació de REE impulsada per la biodiversitat en quatre anys, que segons Kalyuzhnaya requerirà una visió estratègica i una visió transversal.

Va afegir que el projecte oferirà als estudiants graduats de SDSU l'oportunitat de participar en investigacions multidisciplinàries "i veure com els conceptes poden créixer des de només idees fins a una demostració pilot".

---

Hora de publicació: 17-abril-2023