kilde: nyhedscenter

Sjældne jordarters elementer(REEs) somlanthanogneodymer væsentlige komponenter i moderne elektronik, fra mobiltelefoner og solpaneler til satellitter og elektriske køretøjer. Disse tungmetaller forekommer overalt omkring os, omend i små mængder. Men efterspørgslen fortsætter med at stige, og fordi de forekommer i så lave koncentrationer, kan traditionelle metoder til udvinding af REE'er være ineffektive, miljøforurenende og skadelige for arbejdernes sundhed.

Nu, med finansiering fra Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) Environmental Microbes as a BioEngineering Resource (EMBER)-program, udvikler forskere fra San Diego State University avancerede ekstraktionsmetoder med det formål at øge den indenlandske forsyning af REE'er.

"Vi forsøger at udvikle en ny procedure for nyttiggørelse, som er miljøvenlig og mere bæredygtig," sagde biolog og hovedforsker Marina Kalyuzhnaya.

For at gøre dette vil forskerne udnytte den naturlige tilbøjelighed til metanforbrugende bakterier, der lever under ekstreme forhold, til at fange REE'er fra miljøet.

"De kræver sjældne jordarters grundstoffer for at lave en af ​​de vigtigste enzymatiske reaktioner i deres metaboliske veje," sagde Kalyuzhnaya.

REE'er omfatter de mange lanthanid-elementer i det periodiske system. I samarbejde med University of California, Berkeley og Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) planlægger SDSU-forskerne at omdanne de biologiske processer, der gør det muligt for bakterierne at høste metallerne fra miljøet. At forstå denne proces vil informere om skabelsen af ​​syntetiske designerproteiner, der binder med høj specificitet til forskellige typer lanthanider, ifølge biokemiker John Love. PNNL's team vil identificere de genetiske determinanter for de ekstremofile og REE-akkumulerende bakterier og derefter karakterisere deres REE-optagelse.

Holdet vil derefter modificere bakterierne til at producere de metalbindende proteiner på overfladen af ​​deres celler, sagde Love.

REE er relativt rigeligt i mineaffald, affaldsprodukter fra nogle metalmalme, såsom aluminium.

"Mineaffald er faktisk affald, som stadig har en masse nyttige materialer i sig," sagde Kalyuzhnaya.

For at rense og opsamle REE'erne indeni, vil disse opslæmninger af vand og knuste sten blive kørt gennem et biofilter, der indeholder de modificerede bakterier, hvilket tillader designerproteinerne på overfladen af ​​bakterierne at binde sig selektivt til REE'erne. Ligesom de metan-elskende bakterier, der tjente som deres skabeloner, vil de forbedrede bakterier tolerere ekstreme pH, temperatur og saltholdighed, forhold der findes i mineaffaldet.

Forskerne vil samarbejde med en industripartner, Palo Alto Research Center (PARC), et Xerox-firma, for at bioprinte et porøst, sorberende materiale til brug i biofilteret. Denne bioprintteknologi er lavpris og skalerbar og forventes at resultere i betydelige besparelser, når den anvendes bredt til mineraludvinding.

Udover at teste og optimere biofilteret skal teamet også udvikle metoder til at opsamle de rensede lanthanider fra selve biofilteret, ifølge miljøingeniør Christy Dykstra. Forskerne er gået sammen med en startup-virksomhed, Phoenix Tailings, for at teste og forfine genopretningsprocessen.

Fordi målet er at udvikle en kommercielt levedygtig, men miljøvenlig proces til udvinding af REE'er, vil Dykstra og flere af projektpartnerne analysere omkostningerne ved systemet sammenlignet med andre teknologier til genvinding af lanthanider, men også miljøbelastningen.

"Vi forventer, at det ville have en masse fordele miljømæssigt og lavere energiomkostninger sammenlignet med, hvad der bruges i øjeblikket," sagde Dykstra. "Et system som dette ville mere være et passivt biofiltreringssystem med mindre energitilførsler. Og så teoretisk set mindre brug af virkelig miljøskadelige opløsningsmidler og den slags. Mange nuværende processer vil bruge virkelig skrappe og ikke-miljøvenlige opløsningsmidler."

Dykstra bemærker også, at da bakterier replikerer sig selv, er mikrobebaserede teknologier selvfornyende, "hvorimod hvis vi skulle bruge en kemisk metode, ville vi konstant skulle producere mere og mere kemisk."

"Selvom det vil koste en lille smule mere, men det ikke skader miljøet, ville det give mening," sagde Kalyuzhnaya.

Målet med det DARPA-finansierede projekt er at give proof-of-concept af den biodrevne REE-gendannelsesteknologi om fire år, hvilket Kalyuzhnaya sagde vil kræve en strategisk vision og et tværfagligt syn.

Hun tilføjede, at projektet vil give SDSU-kandidatstuderende mulighed for at deltage i tværfaglig forskning "og se, hvordan koncepter kan vokse fra bare ideer hele vejen til pilotdemonstration."

---

Indlægstid: 17-apr-2023