heimild: fréttastofa

Sjaldgæf jörð frumefni(REEs) eins oglanthanumogneodymiumeru nauðsynlegir þættir nútíma rafeindatækni, allt frá farsímum og sólarrafhlöðum til gervitungla og rafknúinna farartækja. Þessir þungmálmar eru allt í kringum okkur, þó í litlu magni. En eftirspurnin heldur áfram að aukast og vegna þess að þær eiga sér stað í svo lágum styrk, geta hefðbundnar aðferðir við að vinna REE verið óhagkvæmar, umhverfismengandi og skaðlegt heilsu starfsmanna.

Nú, með fjármögnun frá Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) Environmental Microbes as a BioEngineering Resource (EMBER) áætlun, eru vísindamenn í San Diego State University að þróa háþróaðar útdráttaraðferðir með það að markmiði að auka innanlandsframboð á REEs.

„Við erum að reyna að þróa nýtt verklag fyrir endurheimt sem er umhverfisvænt og sjálfbærara,“ sagði líffræðingur og aðalrannsakandi Marina Kalyuzhnaya.

Til að gera þetta munu vísindamennirnir nýta náttúrulega tilhneigingu metanneyslu baktería sem búa við erfiðar aðstæður til að fanga REE úr umhverfinu.

„Þeir þurfa sjaldgæfa jörð frumefni til að gera eitt af helstu ensímhvörfum í efnaskiptaferlum sínum,“ sagði Kalyuzhnaya.

REEs innihalda mörg lanthaníð frumefni lotukerfisins. Í samvinnu við háskólann í Kaliforníu, Berkeley og Pacific Northwest National Laboratory (PNNL), ætla SDSU vísindamenn að snúa við líffræðilegum ferlum sem gera bakteríunum kleift að uppskera málma úr umhverfinu. Skilningur á þessu ferli mun upplýsa um sköpun tilbúinna hönnuðapróteina sem bindast með mikilli sérhæfingu við mismunandi gerðir af lanthaníðum, að sögn lífefnafræðingsins John Love. Teymi PNNL mun bera kennsl á erfðafræðilega áhrifavalda öfgakenndu baktería og REE-söfnunarbakteríanna og síðan einkenna REE-upptöku þeirra.

Liðið mun síðan breyta bakteríunum til að framleiða málmbindandi prótein á yfirborði frumna þeirra, sagði Love.

REEs er tiltölulega mikið í námuafgangi, úrgangsefni sumra málmgrýti, eins og áli.

„Afgangur úr námum er í raun úrgangur sem hefur enn mikið af gagnlegum efnum í sér,“ sagði Kalyuzhnaya.

Til að hreinsa og safna REEs innan, verður þessi slurry af vatni og mulið steini keyrt í gegnum lífsíu sem inniheldur breyttu bakteríurnar, sem gerir hönnuðum próteinum á yfirborði bakteríanna kleift að bindast REEs sértækt. Eins og metanelskandi bakteríurnar sem þjónuðu sem sniðmát þeirra, munu endurbættu bakteríurnar þola öfgar pH, hitastig og seltu, aðstæður sem finnast í námuafganginum.

Rannsakendur munu vinna með samstarfsaðila iðnaðarins, Palo Alto Research Center (PARC), Xerox fyrirtæki, til að lífprenta gljúpt, ísogandi efni til notkunar í lífsíuna. Þessi lífprentunartækni er ódýr og stigstærð og spáð er að hún skili umtalsverðum sparnaði þegar hún er notuð í stórum dráttum til endurheimt steinefna.

Auk þess að prófa og hagræða lífsíuna mun teymið einnig þurfa að þróa aðferðir til að safna hreinsuðu lanthaníðunum úr lífsíunni sjálfri, að sögn Christy Dykstra umhverfisverkfræðings. Rannsakendur hafa tekið höndum saman við sprotafyrirtæki, Phoenix Tailings, til að prófa og betrumbæta bataferlið.

Vegna þess að markmiðið er að þróa viðskiptalega hagkvæmt en umhverfisvænt ferli til að vinna REE, munu Dykstra og nokkrir samstarfsaðilar verkefnisins greina kostnað kerfisins samanborið við aðra tækni til að endurheimta lanthaníð, en einnig umhverfisáhrif.

„Við gerum ráð fyrir að það myndi hafa mikinn ávinning umhverfislega og lægri orkukostnað miðað við það sem nú er notað,“ sagði Dykstra. „Kerfi eins og þetta væri meira óvirkt lífsíunarkerfi, með minna orkuinntak. Og svo, fræðilega séð, minni notkun á raunverulega umhverfisskaðlegum leysiefnum og svoleiðis. Mikið af núverandi ferlum mun nota mjög sterk og óumhverfisvæn leysiefni.

Dykstra bendir einnig á að þar sem bakteríur endurtaka sig, þá endurnýjar tækni sem byggir á örverum sig sjálf, „en ef við myndum nota efnafræðilega aðferð, þyrftum við stöðugt að framleiða meira og meira af efnum.

„Jafnvel þótt það kosti aðeins meira, en það skaðar ekki umhverfið, þá væri það skynsamlegt,“ sagði Kalyuzhnaya.

Markmið DARPA-styrktu verkefnisins er að veita sönnun fyrir hugmyndinni um lífdrifna REE-batatækni á fjórum árum, sem Kalyuzhnaya sagði að myndi krefjast stefnumótandi sýn og þverfaglegrar sýn.

Hún bætti við að verkefnið muni veita SDSU útskriftarnemum tækifæri til að taka þátt í þverfaglegum rannsóknum „og sjá hvernig hugtök geta vaxið frá bara hugmyndum alla leið til tilraunasýningar.

---

Birtingartími: 17. apríl 2023