izvor:newscenter

Elementi rijetke zemlje(REE) poputlantanineodimijskibitne su komponente moderne elektronike, od mobitela i solarnih panela do satelita i električnih vozila. Ovi teški metali prisutni su posvuda oko nas, iako u malim količinama. Ali potražnja i dalje raste i budući da se pojavljuju u tako niskim koncentracijama, tradicionalne metode ekstrakcije REE mogu biti neučinkovite, zagađivati ​​okoliš i štetne za zdravlje radnika.

Sada, uz financiranje programa Agencije za napredna obrambena istraživanja (DARPA) Mikrobi u okolišu kao izvor bioinženjeringa (EMBER), istraživači Državnog sveučilišta San Diego razvijaju napredne metode ekstrakcije s ciljem povećanja domaće ponude REE.

"Pokušavamo razviti novi postupak za oporavak koji je ekološki prihvatljiv i održiviji", rekla je biologinja i glavna istraživačica Marina Kalyuzhnaya.

Kako bi to učinili, istraživači će iskoristiti prirodnu sklonost bakterija koje konzumiraju metan i žive u ekstremnim uvjetima da hvataju REE iz okoliša.

"Oni zahtijevaju elemente rijetkih zemalja kako bi izvršili jednu od ključnih enzimskih reakcija u njihovim metaboličkim putevima", rekla je Kalyuzhnaya.

REE uključuju mnoge elemente lantanida periodnog sustava elemenata. U suradnji sa Sveučilištem Kalifornija, Berkeley i Pacific Northwest National Laboratory (PNNL), istraživači SDSU-a planiraju izvršiti obrnuti inženjering bioloških procesa koji omogućuju bakterijama sakupljanje metala iz okoliša. Razumijevanje ovog procesa omogućit će stvaranje sintetskih dizajnerskih proteina koji se s visokom specifičnošću vežu za različite vrste lantanida, prema biokemičaru Johnu Loveu. PNNL-ov tim identificirat će genetske determinante ekstremofilnih bakterija i bakterija koje nakupljaju REE, a zatim će karakterizirati njihov unos REE.

Tim će zatim modificirati bakterije kako bi proizvodile proteine ​​koji vežu metal na površini svojih stanica, rekao je Love.

REE su relativno bogate u rudničkoj jalovini, otpadnim proizvodima nekih metalnih ruda, kao što je aluminij.

“Jalovina rudnika zapravo je otpad koji još uvijek ima mnogo korisnih materijala u sebi”, rekla je Kaljužnaja.

Da bi se pročistili i sakupili REE unutar, ove kaše od vode i zdrobljenog kamenja proći će kroz biofilter koji sadrži modificirane bakterije, dopuštajući dizajniranim proteinima na površini bakterija da se selektivno vežu za REE. Poput bakterija koje vole metan koje su im služile kao predlošci, poboljšane bakterije će tolerirati ekstremne pH vrijednosti, temperaturu i salinitet, uvjete koji se nalaze u jalovini rudnika.

Istraživači će surađivati ​​s industrijskim partnerom, Palo Alto Research Center (PARC), tvrtkom Xerox, na bioprintu poroznog, upijajućeg materijala za upotrebu u biofilteru. Ova tehnologija biotiskanja je jeftina i skalabilna te se predviđa da će rezultirati značajnim uštedama kada se široko primijeni na obnavljanje minerala.

Osim testiranja i optimiziranja biofiltera, tim će također morati razviti metode za prikupljanje pročišćenih lantanida iz samog biofiltera, prema inženjerki zaštite okoliša Christy Dykstra. Istraživači su se udružili s novom tvrtkom, Phoenix Tailings, kako bi testirali i poboljšali proces oporavka.

Budući da je cilj razviti komercijalno održiv, ali ekološki prihvatljiv proces za ekstrakciju REE, Dykstra i nekoliko projektnih partnera analizirat će troškove sustava u usporedbi s drugim tehnologijama za obnavljanje lantanida, ali i utjecaj na okoliš.

"Predviđamo da bi to imalo puno koristi za okoliš i niže troškove energije u usporedbi s onim što se trenutno koristi", rekao je Dykstra. “Ovakav sustav bio bi više pasivni biofiltracijski sustav, s manje unosa energije. I onda, teoretski, manje korištenja stvarno ekološki štetnih otapala i sličnih stvari. Mnogi trenutni procesi koristit će jako oštra i ekološki prihvatljiva otapala.”

Dykstra također primjećuje da se, budući da se bakterije repliciraju, tehnologije temeljene na mikrobima samoobnavljaju, "dok bismo, ako bismo koristili kemijsku metodu, morali neprestano proizvoditi sve više kemikalija."

"Čak i ako će koštati malo više, ali ne šteti okolišu, to bi imalo smisla", rekla je Kaljužnaja.

Cilj projekta koji financira DARPA je osigurati dokaz koncepta bio-pokretane tehnologije obnavljanja REE u četiri godine, za što je Kalyuzhnaya rekla da će zahtijevati stratešku viziju i međudisciplinarni pogled.

Dodala je da će projekt pružiti studentima diplomskih studija SDSU priliku da sudjeluju u multidisciplinarnom istraživanju "i vide kako koncepti mogu rasti od pukih ideja sve do pilot demonstracija."

---

Vrijeme objave: 17. travnja 2023