աղբյուր՝ newscenter

Հազվագյուտ հողային տարրեր(REEs) սիրում ենլանթանևնեոդիմումժամանակակից էլեկտրոնիկայի հիմնական բաղադրիչներն են՝ բջջային հեռախոսներից և արևային մարտկոցներից մինչև արբանյակներ և էլեկտրական մեքենաներ: Այս ծանր մետաղները հանդիպում են մեր շուրջը, թեև փոքր քանակությամբ: Սակայն պահանջարկը շարունակում է աճել, և քանի որ դրանք տեղի են ունենում նման ցածր կոնցենտրացիաներում, REE-ների արդյունահանման ավանդական մեթոդները կարող են լինել անարդյունավետ, շրջակա միջավայրը աղտոտող և վնասակար աշխատողների առողջության համար:

Այժմ, Պաշտպանության առաջադեմ հետազոտական ​​նախագծերի գործակալության (DARPA) բնապահպանական մանրէների կողմից որպես բիոինժեներական ռեսուրսների (EMBER) ծրագրի ֆինանսավորմամբ, Սան Դիեգոյի պետական ​​համալսարանի հետազոտողները մշակում են արդյունահանման առաջադեմ մեթոդներ՝ նպատակ ունենալով խթանել REE-ների ներքին մատակարարումը:

«Մենք փորձում ենք վերականգնման նոր ընթացակարգ մշակել, որը էկոլոգիապես մաքուր է և ավելի կայուն», - ասում է կենսաբան և գլխավոր քննիչ Մարինա Կալյուժնայան:

Դա անելու համար հետազոտողները կօգտագործեն ծայրահեղ պայմաններում ապրող մեթան սպառող բակտերիաների բնական հակումը շրջակա միջավայրից REE-ներ բռնելու համար:

«Նրանք պահանջում են հազվագյուտ հողային տարրեր իրենց նյութափոխանակության ուղիներում հիմնական ֆերմենտային ռեակցիաներից մեկը կատարելու համար», - ասում է Կալյուժնայան:

REE-ները ներառում են պարբերական աղյուսակի բազմաթիվ լանթանիդային տարրեր: Համագործակցելով Կալիֆորնիայի համալսարանի, Բերքլիի և Խաղաղ օվկիանոսի հյուսիսարևմտյան ազգային լաբորատորիայի (PNNL) հետ, SDSU հետազոտողները նախատեսում են հակադարձել կենսաբանական գործընթացները, որոնք թույլ են տալիս բակտերիաներին մետաղները քաղել շրջակա միջավայրից: Այս գործընթացի ըմբռնումը կտեղեկացնի սինթետիկ դիզայներական սպիտակուցների ստեղծմանը, որոնք բարձր յուրահատկությամբ կապվում են տարբեր տեսակի լանտանիդների հետ, ըստ կենսաքիմիկոս Ջոն Լավի: PNNL-ի թիմը կբացահայտի էքստրեմոֆիլ և REE կուտակվող բակտերիաների գենետիկական որոշիչները, այնուհետև կբնութագրի դրանց կլանումը:

Այնուհետև թիմը կձևափոխի բակտերիաները՝ իրենց բջիջների մակերեսին մետաղական կապող սպիտակուցներ արտադրելու համար, ասաց Լավը:

REE-ները համեմատաբար առատ են հանքերի պոչամբարներում, որոշ մետաղական հանքաքարերի թափոններում, օրինակ՝ ալյումինի:

«Հանքավայրի պոչամբարները իրականում թափոններ են, որոնց մեջ դեռ շատ օգտակար նյութեր կան», - ասաց Կալյուժնայան:

REE-ների ներսում մաքրելու և հավաքելու համար ջրի և մանրացված ապարների այս լցակույտերը կանցնեն բիոֆիլտրով, որը պարունակում է փոփոխված բակտերիաներ, ինչը թույլ կտա բակտերիաների մակերեսի դիզայներական սպիտակուցներին ընտրողաբար միանալ REE-ներին: Ինչպես մեթանասեր բակտերիաները, որոնք ծառայում էին որպես դրանց կաղապարներ, բարելավված բակտերիաները կհանդուրժեն pH-ի, ջերմաստիճանի և աղիության ծայրահեղությունները, որոնք հայտնաբերված են հանքավայրի պոչամբարներում:

Հետազոտողները կհամագործակցեն արդյունաբերության գործընկեր Palo Alto Research Center-ի (PARC) հետ Xerox ընկերության հետ՝ բիոֆիլտրում օգտագործելու համար ծակոտկեն, սորբենտ նյութի կենսատպման համար: Կենսատպման այս տեխնոլոգիան էժան է և մասշտաբային, և կանխատեսվում է, որ կհանգեցնի զգալի խնայողության, երբ լայնորեն կիրառվի օգտակար հանածոների վերականգնման համար:

Բացի բիոֆիլտրի փորձարկումից և օպտիմալացումից, թիմը պետք է մշակի նաև բիոֆիլտրից մաքրված լանտանիդների հավաքման մեթոդներ, ըստ բնապահպան ինժեներ Քրիստի Դիկստրայի: Հետազոտողները միավորվել են ստարտափ ընկերության՝ Phoenix Tailings-ի հետ՝ վերականգնման գործընթացը փորձարկելու և կատարելագործելու համար:

Քանի որ նպատակն է զարգացնել առևտրային առումով կենսունակ, բայց էկոլոգիապես մաքուր գործընթաց REE-ների արդյունահանման համար, Dykstra-ն և ծրագրի մի քանի գործընկերներ կվերլուծեն համակարգի ծախսերը՝ համեմատած լանտանիդների վերականգնման այլ տեխնոլոգիաների հետ, բայց նաև շրջակա միջավայրի վրա ազդեցությունը:

«Մենք ակնկալում ենք, որ այն կունենա էկոլոգիապես շատ օգուտներ և ավելի ցածր էներգիայի ծախսեր՝ համեմատած այն, ինչ ներկայումս օգտագործվում է», - ասաց Դիկստրան: «Այսպիսի համակարգը ավելի շատ կլինի պասիվ բիոֆիլտրացիոն համակարգ՝ ավելի քիչ էներգիայի ներդրմամբ: Եվ հետո, տեսականորեն, էկոլոգիապես վնասակար լուծիչների և նման բաների ավելի քիչ օգտագործում: Ընթացիկ գործընթացներից շատերը կօգտագործեն իսկապես կոշտ և ոչ էկոլոգիապես մաքուր լուծիչներ»:

Դիքստրան նաև նշում է, որ քանի որ բակտերիաները կրկնվում են, միկրոբների վրա հիմնված տեխնոլոգիաները ինքնավերականգնվում են, «մինչդեռ եթե մենք օգտագործեինք քիմիական մեթոդ, մենք ստիպված կլինենք շարունակաբար ավելի ու ավելի շատ քիմիական նյութեր արտադրել»:

«Նույնիսկ եթե դա մի քիչ թանկ կարժենա, բայց շրջակա միջավայրին չվնասի, դա իմաստ կունենա», - ասաց Կալյուժնայան:

DARPA-ի կողմից ֆինանսավորվող ծրագրի նպատակն է չորս տարում ապահովել կենսաբանական տեխնոլոգիայի վրա հիմնված REE-ի վերականգնման տեխնոլոգիայի ապացույցը, որը Կալյուժնայայի խոսքերով կպահանջի ռազմավարական տեսլական և միջառարկայական հայացք:

Նա հավելեց, որ նախագիծը SDSU-ի շրջանավարտ ուսանողներին հնարավորություն կտա մասնակցելու բազմամասնագիտական ​​հետազոտություններին «և տեսնելու, թե ինչպես կարող են գաղափարներն աճել միայն գաղափարներից մինչև փորձնական ցուցադրություն»:

---

Հրապարակման ժամանակը՝ Ապրիլ-17-2023