fonte: newscenter

Elementos de terras raras(REEs) comolantanoeneodimioson compoñentes esenciais da electrónica moderna, desde teléfonos móbiles e paneis solares ata satélites e vehículos eléctricos. Estes metais pesados ​​atópanse ao noso redor, aínda que en pequenas cantidades. Pero a demanda segue aumentando e debido a que se producen en concentracións tan baixas, os métodos tradicionais de extracción de REE poden ser ineficientes, contaminantes ambientalmente e prexudiciais para a saúde dos traballadores.

Agora, co financiamento do programa Environmental Microbes as a BioEngineering Resource (EMBER) da Axencia de Proxectos de Investigación Avanzada da Defensa (DARPA), os investigadores da Universidade Estatal de San Diego están a desenvolver métodos de extracción avanzados co obxectivo de aumentar a oferta interna de REE.

"Estamos tentando desenvolver un novo procedemento de recuperación que sexa respectuoso co medio ambiente e máis sostible", dixo a bióloga e investigadora principal Marina Kalyuzhnaya.

Para iso, os investigadores aproveitarán a propensión natural das bacterias consumidoras de metano que viven en condicións extremas para capturar REE do medio.

"Necesitan elementos de terras raras para facer unha das reaccións enzimáticas clave nas súas vías metabólicas", dixo Kalyuzhnaya.

As REE inclúen os moitos elementos lantánidos da táboa periódica. En colaboración coa Universidade de California, Berkeley e o Pacific Northwest National Laboratory (PNNL), os investigadores da SDSU planean realizar enxeñaría inversa dos procesos biolóxicos que permiten que as bacterias recollan os metais do medio ambiente. A comprensión deste proceso informará a creación de proteínas de deseño sintéticas que se unen con alta especificidade a diferentes tipos de lantánidos, segundo o bioquímico John Love. O equipo do PNNL identificará os determinantes xenéticos das bacterias extremófilas e acumuladoras de REE, e despois caracterizará a súa captación de REE.

A continuación, o equipo modificará as bacterias para producir proteínas de unión ao metal na superficie das súas células, dixo Love.

Os REE son relativamente abundantes nos relaves das minas, os produtos de refugallo dalgúns minerais metálicos, como o aluminio.

"Os residuos das minas son en realidade residuos que aínda teñen moitos materiais útiles", dixo Kalyuzhnaya.

Para purificar e recoller os REE no seu interior, estes lodos de auga e rochas trituradas pasarán a través dun biofiltro que contén as bacterias modificadas, o que permite que as proteínas de deseño na superficie das bacterias se unan selectivamente aos REE. Do mesmo xeito que as bacterias amantes do metano que serviron de molde, as bacterias melloradas tolerarán extremos de pH, temperatura e salinidade, condicións que se atopan nos residuos da mina.

Os investigadores colaborarán cun socio da industria, o Palo Alto Research Center (PARC), unha empresa de Xerox, para bioimprimir un material poroso e adsorbente para o seu uso no biofiltro. Esta tecnoloxía de bioimpresión é de baixo custo e escalable e prevese que suporá un aforro significativo cando se aplica de forma ampla á recuperación de minerais.

Ademais de probar e optimizar o biofiltro, o equipo tamén terá que desenvolver métodos para recoller os lantánidos purificados do propio biofiltro, segundo a enxeñeira ambiental Christy Dykstra. Os investigadores uníronse cunha empresa nova, Phoenix Tailings, para probar e perfeccionar o proceso de recuperación.

Debido a que o obxectivo é desenvolver un proceso comercialmente viable pero respectuoso co medio ambiente para a extracción de REE, Dykstra e varios dos socios do proxecto analizarán os custos do sistema en comparación con outras tecnoloxías para a recuperación de lantánidos, pero tamén o impacto ambiental.

"Prevemos que tería moitos beneficios ambientalmente e menores custos de enerxía en comparación co que se usa actualmente", dixo Dykstra. “Un sistema como este sería máis un sistema de biofiltración pasivo, con menos aportes de enerxía. E despois, teoricamente, menos uso de disolventes realmente prexudiciais para o medio ambiente e cousas así. Moitos procesos actuais usarán disolventes realmente duros e non respectuosos co medio ambiente".

Dykstra tamén sinala que, dado que as bacterias se replican a si mesmas, as tecnoloxías baseadas en microbios reñóvanse por si mesmas, "mentres que se utilizásemos un método químico, teriamos que producir continuamente máis e máis produtos químicos".

"Aínda que custe un pouco máis, pero non prexudique o medio ambiente, iso tería sentido", dixo Kalyuzhnaya.

O obxectivo do proxecto financiado pola DARPA é proporcionar unha proba de concepto da tecnoloxía de recuperación de REE impulsada por biotecnoloxía en catro anos, que Kalyuzhnaya dixo que requirirá unha visión estratéxica e unha perspectiva interdisciplinar.

Ela engadiu que o proxecto ofrecerá aos estudantes de posgrao da SDSU a oportunidade de participar nunha investigación multidisciplinar "e ver como os conceptos poden crecer desde só ideas ata a demostración piloto".

---

Hora de publicación: 17-Abr-2023