fuente: centro de noticias

elementos de tierras raras(REE) comolantanoyneodimioson componentes esenciales de la electrónica moderna, desde teléfonos móviles y paneles solares hasta satélites y vehículos eléctricos. Estos metales pesados ​​se encuentran a nuestro alrededor, aunque en pequeñas cantidades. Pero la demanda sigue aumentando y, como se producen en concentraciones tan bajas, los métodos tradicionales de extracción de REE pueden ser ineficientes, contaminantes para el medio ambiente y perjudiciales para la salud de los trabajadores.

Ahora, con financiación del programa Microbios ambientales como recurso de bioingeniería (EMBER) de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA), los investigadores de la Universidad Estatal de San Diego están desarrollando métodos de extracción avanzados con el objetivo de impulsar el suministro nacional de REE.

"Estamos intentando desarrollar un nuevo procedimiento de recuperación que sea más respetuoso con el medio ambiente y más sostenible", afirmó la bióloga e investigadora principal Marina Kalyuzhnaya.

Para ello, los investigadores aprovecharán la propensión natural de las bacterias consumidoras de metano que viven en condiciones extremas a capturar REE del medio ambiente.

"Requieren elementos de tierras raras para realizar una de las reacciones enzimáticas clave en sus vías metabólicas", dijo Kalyuzhnaya.

Los REE incluyen los numerosos elementos lantánidos de la tabla periódica. En colaboración con la Universidad de California, Berkeley y el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico (PNNL), los investigadores de SDSU planean realizar ingeniería inversa en los procesos biológicos que permiten a las bacterias recolectar los metales del medio ambiente. Según el bioquímico John Love, comprender este proceso contribuirá a la creación de proteínas de diseño sintéticas que se unen con alta especificidad a diferentes tipos de lantánidos. El equipo de PNNL identificará los determinantes genéticos de las bacterias extremófilas y acumuladoras de REE, y luego caracterizará su absorción de REE.

Luego, el equipo modificará las bacterias para producir proteínas de unión a metales en la superficie de sus células, dijo Love.

Los REE son relativamente abundantes en los relaves de las minas, los productos de desecho de algunos minerales metálicos, como el aluminio.

"Los residuos de las minas son en realidad desechos que todavía contienen muchos materiales útiles", dijo Kalyuzhnaya.

Para purificar y recolectar los REE en su interior, estas suspensiones de agua y rocas trituradas se pasarán a través de un biofiltro que contiene las bacterias modificadas, permitiendo que las proteínas de diseño en la superficie de las bacterias se unan selectivamente a los REE. Al igual que las bacterias amantes del metano que les sirvieron de modelo, las bacterias mejoradas tolerarán condiciones extremas de pH, temperatura y salinidad, condiciones que se encuentran en los relaves de las minas.

Los investigadores colaborarán con un socio de la industria, Palo Alto Research Center (PARC), una empresa de Xerox, para bioimprimir un material absorbente poroso para su uso en el biofiltro. Esta tecnología de bioimpresión es de bajo costo y escalable y se prevé que generará ahorros significativos cuando se aplique ampliamente a la recuperación de minerales.

Además de probar y optimizar el biofiltro, el equipo también tendrá que desarrollar métodos para recolectar los lantánidos purificados del propio biofiltro, según la ingeniera ambiental Christy Dykstra. Los investigadores se han asociado con una empresa emergente, Phoenix Tailings, para probar y perfeccionar el proceso de recuperación.

Dado que el objetivo es desarrollar un proceso comercialmente viable pero respetuoso con el medio ambiente para extraer REE, Dykstra y varios de los socios del proyecto analizarán los costes del sistema en comparación con otras tecnologías para recuperar lantánidos, pero también el impacto medioambiental.

"Anticipamos que tendría muchos beneficios ambientales y costos de energía más bajos en comparación con lo que se usa actualmente", dijo Dykstra. “Un sistema como este sería más bien un sistema de biofiltración pasiva, con menos aportes de energía. Y luego, en teoría, un menor uso de disolventes realmente perjudiciales para el medio ambiente y cosas así. Muchos de los procesos actuales utilizarán disolventes realmente agresivos y no respetuosos con el medio ambiente”.

Dykstra también señala que, dado que las bacterias se replican a sí mismas, las tecnologías basadas en microbios se renuevan a sí mismas, "mientras que si usáramos un método químico, tendríamos que producir continuamente más y más productos químicos".

"Aunque cueste un poco más, pero no dañe el medio ambiente, eso tendría sentido", afirmó Kalyuzhnaya.

El objetivo del proyecto financiado por DARPA es proporcionar una prueba de concepto de la tecnología de recuperación de REE impulsada biológicamente en cuatro años, lo que, según Kalyuzhnaya, requerirá una visión estratégica y una perspectiva interdisciplinaria.

Agregó que el proyecto brindará a los estudiantes graduados de SDSU la oportunidad de participar en investigaciones multidisciplinarias "y ver cómo los conceptos pueden crecer desde simples ideas hasta llegar a una demostración piloto".

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Hora de publicación: 17-abr-2023