zdroj: zpravodajské centrum

Prvky vzácných zemin(REEs) jakolanthanuaneodymjsou základními součástmi moderní elektroniky, od mobilních telefonů a solárních panelů po satelity a elektrická vozidla. Tyto těžké kovy se vyskytují všude kolem nás, i když v nepatrném množství. Poptávka však stále roste, a protože se vyskytují v tak nízkých koncentracích, tradiční metody těžby vzácných zemin mohou být neefektivní, znečišťující životní prostředí a škodlivé pro zdraví pracovníků.

Nyní, s financováním od Agentury pro obranné pokročilé výzkumné projekty (DARPA) Environmental Microbes as BioEngineering Resource (EMBER) program, výzkumníci ze Státní univerzity v San Diegu vyvíjejí pokročilé metody extrakce s cílem zvýšit domácí nabídku vzácných zemin.

"Snažíme se vyvinout nový postup obnovy, který je šetrný k životnímu prostředí a udržitelnější," řekla bioložka a hlavní výzkumná pracovnice Marina Kalyuzhnaya.

Aby toho dosáhli, vědci využijí přirozenou tendenci bakterií spotřebovávajících metan žijících v extrémních podmínkách zachytit REE z prostředí.

"Potřebují prvky vzácných zemin, aby provedly jednu z klíčových enzymatických reakcí v jejich metabolických drahách," řekl Kalyuzhnaya.

REE zahrnují mnoho lanthanoidových prvků periodické tabulky. Ve spolupráci s University of California, Berkeley a Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) plánují výzkumníci SDSU reverzní inženýrství biologických procesů, které umožňují bakteriím sklízet kovy z prostředí. Pochopení tohoto procesu bude podle biochemika Johna Love informovat o vytvoření syntetických designových proteinů, které se vážou s vysokou specificitou na různé typy lanthanoidů. Tým PNNL identifikuje genetické determinanty extremofilních bakterií a bakterií akumulujících REE a poté charakterizuje jejich příjem REE.

Tým poté upraví bakterie tak, aby produkovaly kovy vázající proteiny na povrchu jejich buněk, řekl Love.

REE jsou relativně hojné v důlní hlušině, odpadních produktech některých kovových rud, jako je hliník.

"Důlní hlušina je vlastně odpad, který v sobě stále obsahuje spoustu užitečných materiálů," řekl Kalyuzhnaya.

K čištění a sběru REE uvnitř budou tyto kaly vody a drcených hornin procházet biofiltrem obsahujícím modifikované bakterie, což umožní návrhářským proteinům na povrchu bakterií selektivně se vázat na REE. Stejně jako bakterie milující metan, které sloužily jako jejich šablony, budou vylepšené bakterie tolerovat extrémní hodnoty pH, teploty a slanosti, tedy podmínky vyskytující se v důlních hlušinách.

Výzkumníci budou spolupracovat s průmyslovým partnerem, Palo Alto Research Center (PARC), společností Xerox, na biotisku porézního, sorbentního materiálu pro použití v biofiltru. Tato technologie biotisku je nízkonákladová a škálovatelná a předpokládá se, že povede k významným úsporám, pokud bude široce aplikována na získávání nerostů.

Kromě testování a optimalizace biofiltru bude tým muset podle environmentálního inženýra Christy Dykstra také vyvinout metody pro sběr vyčištěných lanthanoidů ze samotného biofiltru. Výzkumníci se spojili se startupovou společností Phoenix Tailings, aby otestovali a zdokonalili proces obnovy.

Protože cílem je vyvinout komerčně životaschopný, ale k životnímu prostředí šetrný proces těžby REE, Dykstra a několik partnerů projektu bude analyzovat náklady systému ve srovnání s jinými technologiemi pro získávání lanthanoidů, ale také dopad na životní prostředí.

„Očekáváme, že by to mělo mnoho výhod pro životní prostředí a nižší náklady na energii ve srovnání s tím, co se v současnosti používá,“ řekl Dykstra. „Systém jako tento by byl spíše pasivním biofiltračním systémem s menšími energetickými vstupy. A pak, teoreticky, menší používání skutečně ekologicky škodlivých rozpouštědel a podobných věcí. Mnoho současných procesů bude používat opravdu drsná a neekologická rozpouštědla.“

Dykstra také poznamenává, že jelikož se bakterie samy replikují, technologie založené na mikrobech se samy obnovují, „zatímco kdybychom použili chemickou metodu, museli bychom neustále produkovat více a více chemikálií.“

"I když to bude stát trochu víc, ale nepoškodí to životní prostředí, dávalo by to smysl," řekl Kalyuzhnaya.

Cílem projektu financovaného DARPA je poskytnout důkaz o konceptu bio-řízené technologie obnovy REE za čtyři roky, což podle Kalyuzhnaya bude vyžadovat strategickou vizi a mezioborový výhled.

Dodala, že projekt poskytne postgraduálním studentům SDSU příležitost zapojit se do multidisciplinárního výzkumu „a vidět, jak mohou koncepty vyrůst od pouhých nápadů až po pilotní demonstraci.

---

Čas odeslání: 17. dubna 2023