fonte: newscenter

Elementi delle terre rare(REE) piacelantanioEneodimiosono componenti essenziali dell'elettronica moderna, dai telefoni cellulari e pannelli solari ai satelliti e ai veicoli elettrici. Questi metalli pesanti sono presenti ovunque intorno a noi, anche se in piccole quantità. Ma la domanda continua ad aumentare e poiché si verificano in concentrazioni così basse, i metodi tradizionali di estrazione delle terre rare possono essere inefficienti, inquinanti per l’ambiente e dannosi per la salute dei lavoratori.

Ora, con il finanziamento del programma EMBER (Environmental Microbes as a BioEngineering Resource) della Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), i ricercatori della San Diego State University stanno sviluppando metodi di estrazione avanzati con l’obiettivo di aumentare la fornitura interna di REE.

"Stiamo cercando di sviluppare una nuova procedura di recupero che sia rispettosa dell'ambiente e più sostenibile", ha affermato la biologa e ricercatrice principale Marina Kalyuzhnaya.

Per fare ciò, i ricercatori sfrutteranno la naturale propensione dei batteri consumatori di metano che vivono in condizioni estreme a catturare le terre rare dall’ambiente.

"Hanno bisogno di elementi delle terre rare per realizzare una delle reazioni enzimatiche chiave nei loro percorsi metabolici", ha affermato Kalyuzhnaya.

Le REE includono i numerosi elementi lantanidi della tavola periodica. In collaborazione con l’Università della California, Berkeley e il Pacific Northwest National Laboratory (PNNL), i ricercatori della SDSU intendono decodificare i processi biologici che consentono ai batteri di raccogliere i metalli dall’ambiente. Secondo il biochimico John Love, la comprensione di questo processo contribuirà alla creazione di proteine ​​sintetiche che si legano con elevata specificità a diversi tipi di lantanidi. Il team del PNNL identificherà i determinanti genetici dei batteri estremofili e che accumulano REE, quindi caratterizzerà il loro assorbimento di REE.

Il team modificherà quindi i batteri per produrre le proteine ​​che legano i metalli sulla superficie delle loro cellule, ha affermato Love.

Le terre rare sono relativamente abbondanti negli sterili delle miniere, i prodotti di scarto di alcuni minerali metallici, come l'alluminio.

"I residui delle miniere sono in realtà rifiuti che contengono ancora molti materiali utili", ha detto Kalyuzhnaya.

Per purificare e raccogliere le REE all'interno, questi fanghi di acqua e rocce frantumate verranno fatti passare attraverso un biofiltro contenente i batteri modificati, consentendo alle proteine ​​designer sulla superficie dei batteri di legarsi selettivamente alle REE. Come i batteri amanti del metano che fungevano da modello, i batteri migliorati tollereranno valori estremi di pH, temperatura e salinità, condizioni riscontrate nei residui della miniera.

I ricercatori collaboreranno con un partner industriale, il Palo Alto Research Center (PARC), una società Xerox, per eseguire la biostampa di un materiale poroso e assorbente da utilizzare nel biofiltro. Questa tecnologia di bioprinting è a basso costo e scalabile e si prevede che porterà a risparmi significativi se applicata su vasta scala al recupero dei minerali.

Oltre a testare e ottimizzare il biofiltro, secondo l'ingegnere ambientale Christy Dykstra il team dovrà anche sviluppare metodi per raccogliere i lantanidi purificati dal biofiltro stesso. I ricercatori hanno collaborato con una startup, Phoenix Tailings, per testare e perfezionare il processo di recupero.

Poiché l'obiettivo è sviluppare un processo commercialmente fattibile ma rispettoso dell'ambiente per l'estrazione di REE, Dykstra e diversi partner del progetto analizzeranno i costi del sistema rispetto ad altre tecnologie per il recupero dei lantanidi, ma anche l'impatto ambientale.

"Prevediamo che avrebbe molti vantaggi a livello ambientale e costi energetici inferiori rispetto a quello attualmente utilizzato", ha affermato Dykstra. “Un sistema come questo sarebbe più un sistema di biofiltrazione passiva, con meno input energetici. E poi, in teoria, meno uso di solventi davvero dannosi per l'ambiente e cose del genere. Molti dei processi attuali utilizzeranno solventi davvero aggressivi e non rispettosi dell’ambiente”.

Dykstra osserva inoltre che, poiché i batteri si replicano, le tecnologie basate sui microbi si rinnovano automaticamente, “mentre se dovessimo utilizzare un metodo chimico, dovremmo produrre continuamente sempre più sostanze chimiche”.

"Anche se costerà un po' di più, ma non danneggerà l'ambiente, avrebbe senso", ha detto Kalyuzhnaya.

L’obiettivo del progetto finanziato dalla DARPA è quello di fornire una prova di concetto della tecnologia di recupero REE bioguidata in quattro anni, che secondo Kalyuzhnaya richiederà una visione strategica e una prospettiva interdisciplinare.

Ha aggiunto che il progetto fornirà agli studenti laureati della SDSU l’opportunità di partecipare alla ricerca multidisciplinare “e vedere come i concetti possono crescere dalle semplici idee fino alla dimostrazione pilota”.

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Orario di pubblicazione: 17 aprile 2023