Πηγή: Newscenter

Στοιχεία σπάνιων γαιών(Rees)λανθάνιοκαινεοδύμιοείναι βασικά συστατικά της σύγχρονης ηλεκτρονικής, από κινητά τηλέφωνα και ηλιακούς συλλέκτες έως δορυφόρους και ηλεκτρικά οχήματα. Αυτά τα βαριά μέταλλα εμφανίζονται γύρω μας γύρω μας, αν και σε μικροσκοπικές ποσότητες. Ωστόσο, η ζήτηση συνεχίζει να αυξάνεται και επειδή εμφανίζονται σε τέτοιες χαμηλές συγκεντρώσεις, οι παραδοσιακές μέθοδοι εξαγωγής των ΡΕΕ μπορούν να είναι αναποτελεσματικές, περιβαλλοντικές ρυπογόνες και επιζήμιες για την υγεία των εργαζομένων.

Τώρα, με τη χρηματοδότηση από το Περιβαλλοντικό Μικροβιοκτόνα της Υπηρεσίας Προηγμένων Ερευνητικών Προγραμμάτων (DARPA) ως πρόγραμμα βιοϊατρικής πόρων (EMBER), οι ερευνητές του Πανεπιστημίου του Σαν Ντιέγκο αναπτύσσουν προηγμένες μεθόδους εξόρυξης με σκοπό την ενίσχυση της εγχώριας προσφοράς REE.

"Προσπαθούμε να αναπτύξουμε μια νέα διαδικασία ανάκαμψης που είναι φιλική προς το περιβάλλον και πιο βιώσιμη", δήλωσε ο βιολόγος και ο κύριος ερευνητής Marina Kalyuzhnaya.

Για να γίνει αυτό, οι ερευνητές θα αξιοποιήσουν τη φυσική τάση των βακτηρίων που καταναλώνουν μεθανίου που ζουν σε ακραίες συνθήκες για να συλλάβουν τις Rees από το περιβάλλον.

"Απαιτούν στοιχεία σπάνιων γαιών για να κάνουν μία από τις βασικές ενζυματικές αντιδράσεις στις μεταβολικές τους οδούς", δήλωσε ο Kalyuzhnaya.

Οι Rees περιλαμβάνουν τα πολλά στοιχεία λανθανιδίου του περιοδικού πίνακα. Σε συνεργασία με το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας, το Εθνικό Εθνικό Εργαστήριο του Βορειοδυτικού Ειρηνικού και του Βορειοδυτικού Ειρηνικού (PNNL), οι ερευνητές της SDSU σχεδιάζουν να αντιστρέψουν τις βιολογικές διεργασίες που επιτρέπουν στα βακτήρια να συγκομίζουν τα μέταλλα από το περιβάλλον. Η κατανόηση αυτής της διαδικασίας θα ενημερώσει τη δημιουργία πρωτεϊνών συνθετικών σχεδιαστών που δεσμεύονται με υψηλή εξειδίκευση σε διαφορετικούς τύπους λανθανίδων, σύμφωνα με τον βιοχημικό John Love. Η ομάδα του PNNL θα προσδιορίσει τους γενετικούς καθοριστικούς παράγοντες των ακραίοφιλων και συσσωρευμένων βακτηρίων και στη συνέχεια να χαρακτηρίσει την πρόσληψη REE.

Στη συνέχεια, η ομάδα θα τροποποιήσει τα βακτήρια για να παράγουν τις πρωτεΐνες δέσμευσης μετάλλων στην επιφάνεια των κυττάρων τους, είπε η αγάπη.

Οι ΡΕΕ είναι σχετικά άφθονες σε απορρίμματα ορυχείων, τα απόβλητα ορισμένων μεταλλικών μεταλλευμάτων, όπως το αλουμίνιο.

"Τα ορυχεία είναι στην πραγματικότητα απόβλητα που εξακολουθούν να έχουν πολλά χρήσιμα υλικά σε αυτό", δήλωσε ο Kalyuzhnaya.

Για να καθαρίσετε και να συλλέξετε τα REEs μέσα, αυτά τα ollurs του νερού και των θρυμματισμένων πετρωμάτων θα τρέξουν μέσω ενός βιοφίλτερ που περιέχει τα τροποποιημένα βακτήρια, επιτρέποντας στις πρωτεΐνες του σχεδιαστή στην επιφάνεια των βακτηρίων να δεσμεύονται επιλεκτικά στις REEs. Όπως και τα βακτήρια που αγαπούν το μεθάνιο που χρησίμευαν ως πρότυπα τους, τα βελτιωμένα βακτήρια θα ανεχτούν τα άκρα του pH, της θερμοκρασίας και της αλατότητας, τις συνθήκες που βρίσκονται στα ορυχεία.

Οι ερευνητές θα συνεργαστούν με έναν συνεργάτη του κλάδου, το Palo Alto Research Center (PARC), μια εταιρεία Xerox, για να βιώσουν ένα πορώδες, σορβισμένο υλικό για χρήση στο βιοφίλτρο. Αυτή η τεχνολογία Bioprinting είναι χαμηλού κόστους και κλιμακωτή και αναμένεται να οδηγήσει σε σημαντικές εξοικονομήσεις όταν εφαρμόζεται ευρέως στην ανάκαμψη των ορυκτών.

Εκτός από τη δοκιμή και τη βελτιστοποίηση του βιοφίλτερ, η ομάδα θα πρέπει επίσης να αναπτύξει μεθόδους για τη συλλογή των καθαρισμένων λανθανίδων από το ίδιο το βιοφίλτρο, σύμφωνα με τον περιβαλλοντικό μηχανικό Christy Dykstra. Οι ερευνητές συνεργάστηκαν με μια εταιρεία εκκίνησης, Phoenix Dailings, για να δοκιμάσουν και να βελτιώσουν τη διαδικασία ανάκτησης.

Επειδή ο στόχος είναι να αναπτυχθεί μια εμπορικά βιώσιμη αλλά φιλική προς το περιβάλλον διαδικασία για την εξαγωγή Rees, Dykstra και αρκετούς από τους εταίρους του έργου θα αναλύσει το κόστος του συστήματος σε σύγκριση με άλλες τεχνολογίες για την ανάκτηση των λανθανίδων, αλλά και τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις.

"Προβλέπουμε ότι θα έχει πολλά οφέλη για το περιβάλλον και το χαμηλότερο ενεργειακό κόστος σε σύγκριση με αυτό που χρησιμοποιείται σήμερα", δήλωσε ο Dykstra. "Ένα σύστημα όπως αυτό θα ήταν περισσότερο ένα παθητικό σύστημα βιοδιήθησης, με λιγότερες εισροές ενέργειας. Και τότε, θεωρητικά, λιγότερη χρήση πραγματικά περιβαλλοντικά επιβλαβών διαλυτών και τέτοια πράγματα. Πολλές τρέχουσες διαδικασίες θα χρησιμοποιήσουν πραγματικά σκληρούς και μη περιβαλλοντικά φιλικούς διαλύτες. "

Το Dykstra σημειώνει επίσης ότι από τη στιγμή που τα βακτήρια αναπαράγονται, οι τεχνολογίες που βασίζονται σε μικροβιακά είναι αυτοανανέωση, "Ενώ αν χρησιμοποιούμε μια χημική μέθοδο, θα έπρεπε να παράγουμε συνεχώς όλο και πιο χημικά".

"Ακόμα κι αν θα κοστίσει λίγο περισσότερο, αλλά δεν βλάπτει το περιβάλλον, αυτό θα είχε νόημα", δήλωσε ο Kalyuzhnaya.

Ο στόχος του έργου που χρηματοδοτείται από την DARPA είναι να παρέχει την απόδειξη της τεχνολογίας της Ree-Recovery που βασίζεται σε βιο-βασισμένη σε τέσσερα χρόνια, την οποία δήλωσε ο Kalyuzhnaya θα απαιτήσει ένα στρατηγικό όραμα και μια διεπιστημονική προοπτική.

Πρόσθεσε ότι το έργο θα παράσχει στους μεταπτυχιακούς φοιτητές την ευκαιρία να συμμετάσχουν σε πολυεπιστημονική έρευνα "και να δουν πώς μπορούν να αναπτυχθούν οι έννοιες από τις ιδέες μέχρι την πιλοτική επίδειξη".

---

Χρόνος δημοσίευσης: Απριλίου 17-2023