Bakterien könnten der Schlüssel zur nachhaltigen Gewinnung seltener Erden sein
Quelle:Phys.orgSeltenerdelemente aus Erzen sind für das moderne Leben lebenswichtig, ihre Raffinierung nach dem Abbau ist jedoch kostspielig, schadet der Umwelt und fällt meist im Ausland an.Eine neue Studie beschreibt einen Grundsatzbeweis für die Entwicklung eines Bakteriums, Gluconobacter oxydans, das einen großen ersten Schritt zur Deckung des explodierenden Bedarfs an Seltenerdelementen auf eine Weise macht, die den Kosten und der Effizienz herkömmlicher thermochemischer Extraktions- und Veredelungsmethoden entspricht und sauber genug ist US-Umweltstandards erfüllen.„Wir versuchen, eine umweltfreundliche Methode mit niedriger Temperatur und niedrigem Druck zu entwickeln, um Seltenerdelemente aus einem Gestein zu entfernen“, sagte Buz Barstow, der leitende Autor des Papiers und Assistenzprofessor für Bio- und Umwelttechnik an der University of New York Cornell-Universität.Die Elemente – von denen es 15 im Periodensystem gibt – sind für alles notwendig, von Computern, Mobiltelefonen, Bildschirmen, Mikrofonen, Windkraftanlagen, Elektrofahrzeugen und Leitern bis hin zu Radargeräten, Sonargeräten, LED-Leuchten und wiederaufladbaren Batterien.Während die USA einst ihre eigenen Seltenerdelemente raffinierten, wurde diese Produktion vor mehr als fünf Jahrzehnten eingestellt. Mittlerweile erfolgt die Verfeinerung dieser Elemente fast ausschließlich in anderen Ländern, insbesondere in China.„Der Großteil der Produktion und Gewinnung von Seltenerdelementen liegt in den Händen ausländischer Nationen“, sagte Co-Autor Esteban Gazel, außerordentlicher Professor für Erd- und Atmosphärenwissenschaften an der Cornell University. „Für die Sicherheit unseres Landes und unserer Lebensweise müssen wir also wieder auf den Weg kommen, diese Ressource zu kontrollieren.“Um den jährlichen Bedarf der USA an Seltenerdelementen zu decken, wären etwa 71,5 Millionen Tonnen (~78,8 Millionen Tonnen) Roherz erforderlich, um 10.000 Kilogramm (~22.000 Pfund) Elemente zu gewinnen.Aktuelle Methoden basieren auf der Auflösung von Gestein mit heißer Schwefelsäure und der anschließenden Verwendung organischer Lösungsmittel, um sehr ähnliche Einzelelemente in einer Lösung voneinander zu trennen.„Wir wollen einen Weg finden, einen Käfer zu entwickeln, der diese Aufgabe besser erledigt“, sagte Barstow.G. oxydans ist dafür bekannt, eine Säure namens Biolixivant herzustellen, die Gestein auflöst; Das Bakterium nutzt die Säure, um Phosphate aus Seltenerdelementen zu extrahieren. Die Forscher haben damit begonnen, die Gene von G. oxydans zu manipulieren, um die Elemente effizienter zu extrahieren.Zu diesem Zweck verwendeten die Forscher eine von Barstow mitentwickelte Technologie namens Knockout Sudoku, die es ihnen ermöglichte, die 2.733 Gene im Genom von G. oxydans nacheinander zu deaktivieren. Das Team kuratierte Mutanten, bei denen jeweils ein bestimmtes Gen ausgeschaltet war, um herauszufinden, welche Gene bei der Gewinnung von Elementen aus dem Gestein eine Rolle spielen.„Ich bin unglaublich optimistisch“, sagte Gazel. „Wir haben hier einen Prozess, der effizienter sein wird als alles, was bisher getan wurde.“Alexa Schmitz, Postdoktorandin in Barstows Labor, ist Erstautorin der in Nature Communications veröffentlichten Studie „Gluconobacter oxydans Knockout Collection Finds Improved Rare Earth Element Extraction“.
