sumber: pusat berita

Unsur tanah jarang(REE) sepertilantanumDanneodymiumadalah komponen penting elektronik modern, mulai dari telepon seluler dan panel surya hingga satelit dan kendaraan listrik. Logam berat ini terdapat di sekitar kita, meskipun dalam jumlah kecil. Namun permintaan terus meningkat dan karena konsentrasinya sangat rendah, metode tradisional dalam mengekstraksi UTJ menjadi tidak efisien, mencemari lingkungan, dan merugikan kesehatan pekerja.

Kini, dengan pendanaan dari program Mikroba Lingkungan sebagai Sumber Daya BioEngineering (EMBER) dari Badan Proyek Penelitian Lanjutan Pertahanan (DARPA), para peneliti Universitas Negeri San Diego sedang mengembangkan metode ekstraksi tingkat lanjut dengan tujuan meningkatkan pasokan UTJ dalam negeri.

“Kami mencoba mengembangkan prosedur pemulihan baru yang ramah lingkungan dan lebih berkelanjutan,” kata ahli biologi dan peneliti utama Marina Kalyuzhnaya.

Untuk melakukan hal ini, para peneliti akan memanfaatkan kecenderungan alami bakteri pemakan metana yang hidup dalam kondisi ekstrim untuk menangkap REE dari lingkungan.

“Mereka membutuhkan unsur tanah jarang untuk membuat salah satu reaksi enzimatik utama dalam jalur metabolisme mereka,” kata Kalyuzhnaya.

REE mencakup banyak unsur lantanida dalam tabel periodik. Bekerja sama dengan Universitas California, Berkeley dan Pacific Northwest National Laboratory (PNNL), para peneliti SDSU berencana untuk merekayasa balik proses biologis yang memungkinkan bakteri mengambil logam dari lingkungan. Memahami proses ini akan menginformasikan penciptaan protein perancang sintetik yang berikatan dengan spesifisitas tinggi terhadap berbagai jenis lantanida, menurut ahli biokimia John Love. Tim PNNL akan mengidentifikasi faktor penentu genetik dari bakteri ekstremofilik dan bakteri pengumpul REE, dan kemudian mengkarakterisasi serapan REE mereka.

Tim kemudian akan memodifikasi bakteri tersebut untuk menghasilkan protein pengikat logam pada permukaan sel mereka, kata Love.

REE relatif berlimpah di tailing tambang, produk limbah dari beberapa bijih logam, seperti aluminium.

“Sirtail tambang sebenarnya merupakan limbah yang masih banyak mengandung bahan bermanfaat,” kata Kalyuzhnaya.

Untuk memurnikan dan mengumpulkan REE di dalamnya, bubur air dan batuan yang dihancurkan ini akan dialirkan melalui biofilter yang mengandung bakteri yang telah dimodifikasi, sehingga memungkinkan protein perancang pada permukaan bakteri untuk berikatan secara selektif dengan REE. Seperti bakteri pencinta metana yang menjadi templatnya, bakteri yang ditingkatkan ini akan tahan terhadap pH, suhu, dan salinitas ekstrem, kondisi yang ditemukan di tailing tambang.

Para peneliti akan berkolaborasi dengan mitra industri, Palo Alto Research Center (PARC), sebuah perusahaan Xerox, untuk melakukan bioprint bahan penyerap berpori untuk digunakan dalam biofilter. Teknologi bioprinting ini berbiaya rendah dan terukur serta diproyeksikan menghasilkan penghematan yang signifikan bila diterapkan secara luas pada pemulihan mineral.

Selain menguji dan mengoptimalkan biofilter, tim juga harus mengembangkan metode untuk mengumpulkan lantanida murni dari biofilter itu sendiri, menurut insinyur lingkungan Christy Dykstra. Para peneliti telah bekerja sama dengan perusahaan startup, Phoenix Tailings, untuk menguji dan menyempurnakan proses pemulihan.

Karena tujuannya adalah untuk mengembangkan proses ekstraksi REE yang layak secara komersial namun ramah lingkungan, Dykstra dan beberapa mitra proyek akan menganalisis biaya sistem dibandingkan dengan teknologi lain untuk memulihkan lantanida, serta dampaknya terhadap lingkungan.

“Kami mengantisipasi bahwa ini akan memberikan banyak manfaat bagi lingkungan dan biaya energi yang lebih rendah dibandingkan dengan yang digunakan saat ini,” kata Dykstra. “Sistem seperti ini akan menjadi sistem biofiltrasi yang pasif, dengan masukan energi yang lebih sedikit. Dan kemudian, secara teoritis, lebih sedikit penggunaan pelarut yang benar-benar berbahaya bagi lingkungan dan sejenisnya. Banyak proses saat ini yang menggunakan pelarut yang sangat keras dan tidak ramah lingkungan.”

Dykstra juga mencatat bahwa karena bakteri mereplikasi dirinya sendiri, teknologi berbasis mikroba akan memperbaharui dirinya sendiri, “sedangkan jika kita menggunakan metode kimia, kita harus terus memproduksi lebih banyak bahan kimia.”

“Meski biayanya sedikit lebih mahal, tapi tidak membahayakan lingkungan, itu masuk akal,” kata Kalyuzhnaya.

Tujuan dari proyek yang didanai DARPA ini adalah untuk memberikan bukti konsep teknologi pemulihan REE berbasis bio dalam empat tahun, yang menurut Kalyuzhnaya akan memerlukan visi strategis dan pandangan lintas disiplin.

Dia menambahkan bahwa proyek ini akan memberikan kesempatan kepada mahasiswa pascasarjana SDSU untuk berpartisipasi dalam penelitian multidisiplin “dan melihat bagaimana konsep dapat berkembang dari sekadar ide hingga menjadi percontohan.”

---

Waktu posting: 17 April-2023