מקור: מרכז חדשות

יסודות אדמה נדירים(REEs) אוהבלנתנוםוניאודימיוםהם מרכיבים חיוניים של האלקטרוניקה המודרנית, מטלפונים סלולריים ופאנלים סולאריים ועד לוויינים וכלי רכב חשמליים. מתכות כבדות אלו מתרחשות מסביבנו, אם כי בכמויות זעירות. אבל הביקוש ממשיך לעלות ומכיוון שהם מתרחשים בריכוזים נמוכים כל כך, שיטות מסורתיות להפקת REEs יכולות להיות לא יעילות, מזהמות את הסביבה ומזיקות לבריאות העובדים.

כעת, עם מימון מתוכנית ה-Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) Environmental Microbes as a BioEngineering Resource (EMBER), חוקרים מאוניברסיטת סן דייגו מפתחים שיטות מיצוי מתקדמות במטרה להגביר את האספקה ​​המקומית של REEs.

"אנחנו מנסים לפתח נוהל חדש להחלמה שהוא ידידותי לסביבה ובר קיימא יותר", אמרה הביולוגית והחוקרת הראשית מרינה קליוז'נייה.

לשם כך, החוקרים ינצלו את הנטייה הטבעית של חיידקים צורכי מתאן החיים בתנאים קיצוניים ללכוד REEs מהסביבה.

"הם דורשים יסודות אדמה נדירים כדי ליצור את אחת התגובות האנזימטיות המרכזיות במסלולים המטבוליים שלהם", אמר Kalyuzhnaya.

REEs כוללים את האלמנטים lanthanide רבים של הטבלה המחזורית. בשיתוף פעולה עם אוניברסיטת קליפורניה, ברקלי והמעבדה הלאומית של צפון מערב פסיפיק (PNNL), חוקרי SDSU מתכננים להנדס לאחור את התהליכים הביולוגיים המאפשרים לחיידקים לקצור את המתכות מהסביבה. הבנת תהליך זה תאפשר יצירת חלבוני מעצבים סינתטיים הנקשרים בספציפיות גבוהה לסוגים שונים של לנתנידים, על פי הביוכימאי ג'ון לאב. הצוות של PNNL יזהה את הקובעים הגנטיים של החיידקים האקסטרמופילים וה-REE המצטברים, ולאחר מכן יאפיין את קליטת ה-REE שלהם.

לאחר מכן הצוות ישנה את החיידקים כדי לייצר את החלבונים הקושרים למתכות על פני התאים שלהם, אמרה לאב.

REEs נמצאים בשפע יחסית בזנב מכרה, תוצרי פסולת של כמה עפרות מתכת, כגון אלומיניום.

"הזנב מהמכרה הוא למעשה פסולת שעדיין מכילה הרבה חומרים שימושיים", אמר Kalyuzhnaya.

כדי לטהר ולאסוף את ה-REEs בתוכם, תמיסות המים והסלעים המרוסקים הללו יועברו דרך ביו-פילטר המכיל את החיידקים המותאמים, מה שיאפשר לחלבונים המעצבים על פני החיידק להיקשר באופן סלקטיבי ל-REEs. כמו החיידקים אוהבי המתאן ששימשו כתבניות שלהם, החיידקים המשופרים יסבלו קיצוניות של pH, טמפרטורה ומליחות, תנאים שנמצאו במזנב המכרה.

החוקרים ישתפו פעולה עם שותף בתעשייה, Palo Alto Research Center (PARC), חברת Xerox, כדי להדפיס חומר נקבובי וסופג לשימוש בביופילטר. טכנולוגיית הדפסה ביולוגית זו היא בעלות נמוכה וניתנת להרחבה וצפויה להביא לחיסכון משמעותי כאשר מיישמים אותה באופן נרחב בהשבת מינרלים.

בנוסף לבדיקה ואופטימיזציה של הביופילטר, הצוות יצטרך לפתח גם שיטות לאיסוף הלנתנידים המטוהרים מהביופילטר עצמו, לדברי מהנדסת הסביבה כריסטי דיקסטרה. החוקרים חברו לחברת סטארטאפ, Phoenix Tailings, כדי לבדוק ולחדד את תהליך ההחלמה.

מכיוון שהמטרה היא לפתח תהליך בר-קיימא מסחרית אך ידידותית לסביבה להפקת REEs, Dykstra וכמה משותפי הפרויקט ינתחו את עלויות המערכת בהשוואה לטכנולוגיות אחרות לשחזור לנתנידים, אך גם את ההשפעה הסביבתית.

"אנו צופים כי יהיו לזה הרבה יתרונות מבחינה סביבתית ועלויות אנרגיה נמוכות יותר בהשוואה למה שמשמש כיום", אמר דיקסטרה. "מערכת כזו תהיה יותר מערכת סינון ביולוגית פסיבית, עם פחות תשומות אנרגיה. ואז, תיאורטית, פחות שימוש בממסים מזיקים לסביבה ובדברים כאלה. הרבה תהליכים נוכחיים ישתמשו בממסים ממש קשים ולא ידידותיים לסביבה."

דיקסטרה מציינת גם שמכיוון שחיידקים משכפלים את עצמם, טכנולוגיות המבוססות על חיידקים מתחדשות מעצמן, "בעוד שאם היינו משתמשים בשיטה כימית, היינו צריכים לייצר כל הזמן עוד ועוד כימיקלים".

"גם אם זה יעלה קצת יותר, אבל זה לא פוגע בסביבה, זה יהיה הגיוני", אמר קליוז'נאיה.

המטרה של הפרויקט במימון DARPA היא לספק הוכחה לקונספט של טכנולוגיית ה-REE-recovery המונעת ביולוגית בתוך ארבע שנים, שלדברי Kalyuzhnaya תדרוש חזון אסטרטגי והשקפה חוצת-תחומית.

היא הוסיפה כי הפרויקט יספק לסטודנטים לתארים מתקדמים SDSU את ההזדמנות להשתתף במחקר רב-תחומי "ולראות כיצד מושגים יכולים לצמוח מרעיונות בלבד ועד להדגמת פיילוט".

---

זמן פרסום: 17 באפריל 2023