lähde: newscenter

Harvinaiset maametallit(REES) kutenlantaanijaneodyymiovat modernin elektroniikan olennaisia ​​osia matkapuhelimista ja aurinkopaneeleista satelliitteihin ja sähköajoneuvoihin. Näitä raskasmetalleja esiintyy kaikkialla ympärillämme, vaikkakin pieniä määriä. Mutta kysyntä jatkaa kasvuaan, ja koska niitä esiintyy niin alhaisina pitoisuuksina, perinteiset retkeilymetallien louhintamenetelmät voivat olla tehottomia, ympäristöä saastuttavia ja haitallisia työntekijöiden terveydelle.

Nyt Defence Advanced Research Projects Agencyn (DARPA) Environmental Microbes as a BioEngineering Resource (EMBER) -ohjelman rahoituksella San Diegon osavaltion yliopiston tutkijat kehittävät edistyneitä uuttomenetelmiä tavoitteenaan lisätä REE:n kotimaista tarjontaa.

"Yritämme kehittää uutta hyödyntämismenetelmää, joka on ympäristöystävällinen ja kestävämpi", sanoi biologi ja johtava tutkija Marina Kaljužnaja.

Tätä varten tutkijat hyödyntävät äärimmäisissä olosuhteissa elävien metaania kuluttavien bakteerien luonnollista taipumusta vangita REE ympäristöstä.

"Ne vaativat harvinaisia ​​maametallielementtejä tehdäkseen yhden tärkeimmistä entsymaattisista reaktioista aineenvaihduntareiteillään", Kalyuzhnaya sanoi.

REE:t sisältävät monia jaksollisen järjestelmän lantanidielementtejä. SDSU:n tutkijat suunnittelevat yhteistyössä Kalifornian yliopiston Berkeleyn ja Pacific Northwest National Laboratoryn (PNNL) kanssa kääntävänsä biologisia prosesseja, joiden avulla bakteerit voivat kerätä metalleja ympäristöstä. Biokemisti John Loven mukaan tämän prosessin ymmärtäminen auttaa luomaan synteettisiä suunnittelijaproteiineja, jotka sitoutuvat erittäin spesifisesti erityyppisiin lantanideihin. PNNL:n tiimi tunnistaa äärimmäisten ja REE:tä keräävien bakteerien geneettiset tekijät ja karakterisoi sitten niiden REE:n oton.

Tiimi muokkaa sitten bakteereja tuottamaan metallia sitovia proteiineja niiden solujen pinnalle, Love sanoi.

Ritametallia on suhteellisen runsaasti kaivosjätteissä, joidenkin metallimalmien, kuten alumiinin, jätetuotteissa.

– Kaivosjätteet ovat itse asiassa jätettä, jossa on vielä paljon hyödyllisiä materiaaleja, Kaljužnaja sanoi.

Näiden vesi- ja murskattujen kivien lietteiden puhdistamiseksi ja keräämiseksi ajetaan muunnettuja bakteereja sisältävän biosuodattimen läpi, jolloin bakteerien pinnalla olevat suunnittelijaproteiinit voivat sitoutua selektiivisesti REE:hen. Kuten metaania rakastavat bakteerit, jotka toimivat niiden mallina, parannetut bakteerit kestävät äärimmäisiä pH-arvoja, lämpötiloja ja suolapitoisuutta, jotka ovat kaivosjätteen olosuhteita.

Tutkijat tekevät yhteistyötä teollisuuskumppanin, Xerox-yhtiön Palo Alto Research Centerin (PARC) kanssa biotulostaakseen huokoisen, sorbenttimateriaalin biosuodattimessa käytettäväksi. Tämä biotulostustekniikka on edullinen ja skaalautuva, ja sen odotetaan tuovan merkittäviä säästöjä, kun sitä sovelletaan laajasti mineraalien talteenottoon.

Biosuodattimen testaamisen ja optimoinnin lisäksi tiimin on myös kehitettävä menetelmiä puhdistettujen lantanidien keräämiseksi itse biosuodattimesta, sanoo ympäristöinsinööri Christy Dykstra. Tutkijat ovat tehneet yhteistyötä startup-yrityksen Phoenix Tailingsin kanssa testatakseen ja parantaakseen palautumisprosessia.

Koska tavoitteena on kehittää kaupallisesti kannattava, mutta ympäristöystävällinen prosessi REE-louhintaan, Dykstra ja useat projektikumppanit analysoivat järjestelmän kustannuksia verrattuna muihin lantanidien talteenottoteknologioihin, mutta myös ympäristövaikutuksia.

"Odotamme, että sillä olisi paljon ympäristöhyötyjä ja alhaisemmat energiakustannukset nykyiseen verrattuna", Dykstra sanoi. ”Tällainen järjestelmä olisi enemmän passiivinen biosuodatusjärjestelmä, joka kuluttaisi vähemmän energiaa. Ja sitten teoriassa vähemmän todella ympäristölle haitallisia liuottimia ja vastaavia. Monet nykyiset prosessit käyttävät todella ankaria ja ei-ympäristöystävällisiä liuottimia.

Dykstra huomauttaa myös, että koska bakteerit replikoivat itseään, mikrobipohjaiset teknologiat uudistuvat itsestään, "kun taas jos käyttäisimme kemiallista menetelmää, meidän olisi tuotettava jatkuvasti enemmän ja enemmän kemikaaleja."

"Vaikka se maksaisi hieman enemmän, mutta se ei vahingoita ympäristöä, siinä olisi järkeä", Kaljužnaja sanoi.

DARPA-rahoitteisen hankkeen tavoitteena on tarjota todisteet bioohjatun REE-talteenottoteknologian konseptista neljässä vuodessa, mikä Kaljužnajan mukaan vaatii strategista visiota ja poikkitieteellistä näkemystä.

Hän lisäsi, että projekti tarjoaa SDSU:n jatko-opiskelijoille mahdollisuuden osallistua monitieteiseen tutkimukseen "ja nähdä, kuinka konseptit voivat kasvaa ideoista aina pilottidemonstraatioon asti."

---

Postitusaika: 17.4.2023