Heimild: Phys.org

Sjaldgæf jarðefni úr málmgrýti eru lífsnauðsynleg fyrir nútíma líf en hreinsun þeirra eftir námuvinnslu er kostnaðarsöm, skaðar umhverfið og gerist að mestu erlendis.

Ný rannsókn lýsir sönnun fyrir meginreglunni um að þróa bakteríu, Gluconobacter oxydans, sem tekur stórt fyrsta skrefið í átt að himinhári eftirspurn eftir sjaldgæfum jarðefnum á þann hátt sem samsvarar kostnaði og skilvirkni hefðbundinna varmaefnafræðilegra útdráttar- og hreinsunaraðferða og er nógu hrein til að uppfylla bandaríska umhverfisstaðla.

„Við erum að reyna að koma með umhverfisvæna, lághita og lágþrýstingsaðferð til að ná sjaldgæfum jarðefnum úr bergi,“ sagði Buz Barstow, yfirhöfundur blaðsins og lektor í líf- og umhverfisverkfræði við Cornell háskóli.

Frumefnin — þar af eru 15 í lotukerfinu — eru nauðsynleg fyrir allt frá tölvum, farsímum, skjáum, hljóðnemum, vindmyllum, rafknúnum farartækjum og leiðara til radars, sónar, LED ljósa og endurhlaðanlegra rafhlaðna.

Þó að Bandaríkin hafi einu sinni betrumbætt eigin sjaldgæfa jarðefni, hætti sú framleiðsla fyrir meira en fimm áratugum. Nú fer betrumbætur á þessum þáttum nánast eingöngu fram í öðrum löndum, sérstaklega Kína.

„Meirihluti framleiðslu og vinnslu sjaldgæfra jarðefnaþátta er í höndum erlendra þjóða,“ sagði meðhöfundur Esteban Gazel, dósent í jarð- og andrúmsloftsvísindum við Cornell. „Þannig að til að tryggja öryggi lands okkar og lífsmáta þurfum við að komast aftur á réttan kjöl til að stjórna þeirri auðlind.“

Til að mæta árlegri þörf Bandaríkjanna fyrir sjaldgæf jarðefni, þyrfti um það bil 71,5 milljónir tonna (~78,8 milljónir tonna) af hráu málmgrýti til að vinna 10.000 kíló (~22.000 pund) af frumefnum.

Núverandi aðferðir byggjast á því að leysa upp berg með heitri brennisteinssýru, fylgt eftir með því að nota lífræn leysiefni til að aðskilja mjög svipaða einstaka frumefni hver frá öðrum í lausn.

„Við viljum finna leið til að búa til galla sem gerir það starf betur,“ sagði Barstow.

G. oxydans er þekktur fyrir að búa til sýru sem kallast biolixiviant sem leysir upp berg; bakterían notar sýruna til að draga fosföt úr sjaldgæfum jarðefnum. Rannsakendur eru farnir að vinna með gen G. oxydans svo það taki frumefnin út á skilvirkari hátt.

Til þess notuðu vísindamennirnir tækni sem Barstow hjálpaði til við að þróa, sem kallast Knockout Sudoku, sem gerði þeim kleift að slökkva á 2.733 genunum í erfðamengi G. oxydans, eitt af öðru. Teymið stýrði stökkbreyttum, hver með sérstakt gen slegið út, svo þeir gætu greint hvaða gen gegna hlutverki við að koma frumefnum úr bergi.

„Ég er ótrúlega bjartsýn,“ sagði Gazel. „Við erum með ferli hér sem á eftir að verða skilvirkara en allt sem áður var gert.“

Alexa Schmitz, nýdoktor í rannsóknarstofu Barstow, er fyrsti höfundur rannsóknarinnar, "Gluconobacter oxydans Knockout Collection Finds Improved Rare Earth Element Extraction," sem birt var í Nature Communications.

---

Pósttími: 19. nóvember 2021