forrás:newscenter

Ritkaföldfém elemek(REE) tetsziklantánésneodímiuma modern elektronika alapvető alkotóelemei, a mobiltelefonoktól és a napelemektől a műholdakig és az elektromos járművekig. Ezek a nehézfémek mindenhol előfordulnak körülöttünk, bár kis mennyiségben. De a kereslet továbbra is növekszik, és mivel ilyen alacsony koncentrációban fordulnak elő, a hagyományos kitermelési módszerek nem hatékonyak, környezetszennyezőek és károsak lehetnek a dolgozók egészségére.

Most a Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) Environmental Microbes as a BioEngineering Resource (EMBER) program finanszírozásával a San Diego State University kutatói fejlett extrakciós módszereket fejlesztenek ki azzal a céllal, hogy növeljék a REE hazai kínálatát.

„Megpróbálunk egy új, környezetbarát és fenntarthatóbb hasznosítási eljárást kidolgozni” – mondta Marina Kaljuzsnaja biológus és kutatásvezető.

Ennek érdekében a kutatók kiaknázzák az extrém körülmények között élő metánfogyasztó baktériumok természetes hajlamát a REE-ek befogására a környezetből.

„Ritkaföldfém elemekre van szükségük ahhoz, hogy az egyik kulcsfontosságú enzimreakciót lebonyolítsák anyagcsereútjukban” – mondta Kaljuzsnaja.

A REE-k közé tartozik a periódusos rendszer számos lantanid eleme. A Kaliforniai Egyetemmel, Berkeley-vel és a Pacific Northwest National Laboratory-val (PNNL) együttműködve az SDSU kutatói azon biológiai folyamatok visszafordítását tervezik, amelyek lehetővé teszik a baktériumok számára a fémek kinyerését a környezetből. John Love biokémikus szerint ennek a folyamatnak a megértése olyan szintetikus dizájner fehérjék létrehozásához vezet, amelyek nagy specifitással kötődnek a különböző típusú lantanidokokhoz. A PNNL csapata azonosítani fogja az extremofil és a REE-t felhalmozódó baktériumok genetikai meghatározóit, majd jellemzi a REE-felvételüket.

A csapat ezután úgy módosítja a baktériumokat, hogy fémkötő fehérjéket termeljenek a sejtjeik felszínén – mondta Love.

A rettenetes rék viszonylag nagy mennyiségben fordulnak elő a bányászati ​​zagyban, egyes fémércek, például alumínium hulladéktermékeiben.

„A bányazagy valójában hulladék, amelyben még mindig sok hasznos anyag van” – mondta Kaljuzsnaja.

A benne lévő REE-k tisztítása és összegyűjtése érdekében ezeket a vízből és zúzott kőzetekből álló szuszpenziót a módosított baktériumokat tartalmazó bioszűrőn vezetik át, lehetővé téve, hogy a baktériumok felszínén lévő fehérjék szelektíven kötődjenek a REE-ekhez. Mint a metánt szerető baktériumok, amelyek sablonjukként szolgáltak, a továbbfejlesztett baktériumok elviselik a szélsőséges pH-értéket, hőmérsékletet és sótartalmat, amelyek a bányazagyokban található körülmények.

A kutatók együttműködnek egy iparági partnerrel, a Palo Alto Research Centerrel (PARC), egy Xerox céggel, hogy biofilterben használhassák a porózus, szorbens anyagot. Ez a bionyomtatási technológia alacsony költségű és méretezhető, és az előrejelzések szerint jelentős megtakarítást eredményez, ha széles körben alkalmazzák az ásványi anyagok visszanyerésére.

Christy Dykstra környezetvédelmi mérnök szerint a bioszűrő tesztelése és optimalizálása mellett a csapatnak módszereket is ki kell dolgoznia a tisztított lantanidok összegyűjtésére a bioszűrőből. A kutatók egy startup céggel, a Phoenix Tailings-szel szövetkeztek, hogy teszteljék és finomítsák a helyreállítási folyamatot.

Mivel a cél egy kereskedelmileg életképes, de környezetbarát REE-kitermelési eljárás kidolgozása, a Dykstra és több projektpartner elemezni fogja a rendszer költségeit a lantanidok kinyerésére szolgáló más technológiákkal összehasonlítva, de a környezeti hatásokat is.

„Arra számítunk, hogy ennek számos környezeti előnnyel járna, és alacsonyabb energiaköltségekkel járna a jelenleg használthoz képest” – mondta Dykstra. „Egy ilyen rendszer inkább passzív bioszűrő rendszer lenne, kevesebb energiabevitellel. És akkor elméletileg kevesebb valóban környezetkárosító oldószert és hasonlókat használnak. Sok jelenlegi folyamat nagyon kemény és nem környezetbarát oldószereket használ."

Dykstra azt is megjegyzi, hogy mivel a baktériumok replikálják magukat, a mikrobákon alapuló technológiák önmegújulóak, „miközben ha kémiai módszert alkalmaznánk, folyamatosan több és több vegyszert kellene előállítanunk”.

"Még akkor is, ha ez egy kicsit többe kerül, de nem károsítja a környezetet, ennek lenne értelme" - mondta Kaljuzsnaja.

A DARPA által finanszírozott projekt célja, hogy négy éven belül bizonyítást nyerjen a biológiailag vezérelt REE-visszanyerési technológia koncepciójáról, ami Kaljuzsnaja szerint stratégiai jövőképet és több tudományágat átfogó kitekintést igényel.

Hozzátette, hogy a projekt lehetőséget biztosít az SDSU végzős hallgatóinak, hogy részt vegyenek multidiszciplináris kutatásban, „és meglássák, hogyan fejlődhetnek a koncepciók az ötletektől egészen a kísérleti demonstrációig”.

---

Feladás időpontja: 2023.04.17