allikas: uudistekeskus

Haruldased muldmetallid(REES) meeldiblantaanjaneodüümon kaasaegse elektroonika olulised komponendid, alates mobiiltelefonidest ja päikesepaneelidest kuni satelliitide ja elektrisõidukiteni. Neid raskmetalle leidub kõikjal meie ümber, kuigi väikestes kogustes. Kuid nõudlus kasvab jätkuvalt ja kuna need esinevad nii madalates kontsentratsioonides, võivad traditsioonilised REE kaevandamise meetodid olla ebatõhusad, keskkonda saastavad ja töötajate tervist kahjustavad.

Nüüd, DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) keskkonnamikroobide kui biotehnoloogia ressursi (EMBER) programmi rahastamisel, arendavad San Diego osariigi ülikooli teadlased täiustatud ekstraheerimismeetodeid eesmärgiga suurendada REE-de kodumaist pakkumist.

"Püüame välja töötada uut taaskasutamisprotseduuri, mis oleks keskkonnasõbralik ja säästvam," ütles bioloog ja juhtivteadur Marina Kaljužnaja.

Selleks kasutavad teadlased ekstreemsetes tingimustes elavate metaani tarbivate bakterite loomulikku kalduvust REE-d keskkonnast kinni püüda.

"Nad vajavad haruldaste muldmetallide elemente, et tekitada üks peamisi ensümaatilisi reaktsioone nende metaboolsetes radades," ütles Kaljužnaja.

REE-d sisaldavad paljusid perioodilisuse tabeli lantaniidelemente. Koostöös California ülikooli Berkeley ja Vaikse ookeani loodeosa riikliku laboriga (PNNL) kavatsevad SDSU teadlased ümber kujundada bioloogilised protsessid, mis võimaldavad bakteritel koguda keskkonnast metalle. Biokeemiku John Love'i sõnul aitab selle protsessi mõistmine luua sünteetilisi disainervalke, mis seostuvad kõrge spetsiifilisusega erinevat tüüpi lantaniididega. PNNL-i meeskond tuvastab ekstremofiilsete ja REE-d akumuleeruvate bakterite geneetilised determinandid ning seejärel iseloomustab nende REE omastamist.

Meeskond muudab seejärel baktereid, et toota nende rakkude pinnal metalli siduvaid valke, ütles Love.

REEsid leidub suhteliselt palju aheraines, mõne metallimaagi, näiteks alumiiniumi, jääkproduktides.

"Kaevandusjäätmed on tegelikult jäätmed, milles on veel palju kasulikke materjale," ütles Kaljužnaja.

REE-de puhastamiseks ja kogumiseks juhitakse need vee ja purustatud kivimite suspensioonid läbi modifitseeritud baktereid sisaldava biofiltri, mis võimaldab bakterite pinnal olevatel disainervalkudel REE-dega selektiivselt seonduda. Nagu metaani armastavad bakterid, mis olid nende mallideks, taluvad täiustatud bakterid äärmuslikke pH-sid, temperatuuri ja soolsust, mis on kaevandusjäätmetes leiduvad tingimused.

Teadlased teevad koostööd tööstuspartneri, Xeroxi ettevõtte Palo Alto uurimiskeskusega (PARC), et biofiltris kasutada poorset sorbendimaterjali bioprintida. See bioprintimise tehnoloogia on odav ja skaleeritav ning selle tulemuseks on eeldatavasti märkimisväärne kokkuhoid, kui seda kasutatakse laialdaselt mineraalide taaskasutamisel.

Keskkonnainsener Christy Dykstra sõnul peab meeskond lisaks biofiltri testimisele ja optimeerimisele välja töötama ka meetodid puhastatud lantaniidide kogumiseks biofiltrist endast. Teadlased tegid koostööd alustava ettevõttega Phoenix Tailings, et testida ja täiustada taastumisprotsessi.

Kuna eesmärk on töötada välja äriliselt elujõuline, kuid keskkonnasõbralik REE kaevandamise protsess, analüüsivad Dykstra ja mitmed projektipartnerid süsteemi kulusid võrreldes teiste lantaniidide taaskasutamise tehnoloogiatega, aga ka keskkonnamõju.

"Me eeldame, et sellel oleks palju kasu keskkonnale ja energiakulud madalamad võrreldes praegu kasutatavaga," ütles Dykstra. "Selline süsteem oleks pigem passiivne biofiltratsioonisüsteem, milles oleks vähem energiat. Ja siis teoreetiliselt vähem tõesti keskkonnakahjulike lahustite jms kasutamist. Paljudes praegustes protsessides kasutatakse tõesti karme ja mittekeskkonnasõbralikke lahusteid.

Dykstra märgib ka, et kuna bakterid paljunevad, on mikroobipõhised tehnoloogiad ise uuenevad, "kui me peaksime kasutama keemilist meetodit, peaksime tootma pidevalt rohkem ja rohkem kemikaale."

"Isegi kui see maksab natuke rohkem, kuid see ei kahjusta keskkonda, oleks see mõistlik," ütles Kaljužnaja.

DARPA rahastatud projekti eesmärk on pakkuda nelja aasta jooksul tõestust biopõhise REE-taastustehnoloogia kontseptsioonist, mis Kaljužnaja sõnul nõuab strateegilist visiooni ja valdkondadevahelist väljavaadet.

Ta lisas, et projekt annab SDSU kraadiõppuritele võimaluse osaleda multidistsiplinaarses uurimistöös "ja näha, kuidas kontseptsioonid võivad areneda lihtsalt ideedest kuni pilootesitluseni."

---

Postitusaeg: 17. aprill 2023