წყარო:newscenter

იშვიათი დედამიწის ელემენტები(REEs) მოსწონსლანთანიდანეოდიმითანამედროვე ელექტრონიკის აუცილებელი კომპონენტებია, მობილური ტელეფონებიდან და მზის პანელებიდან დაწყებული თანამგზავრებითა და ელექტრო მანქანებით დამთავრებული. ეს მძიმე ლითონები გვხვდება ჩვენს ირგვლივ, თუმცა მცირე რაოდენობით. მაგრამ მოთხოვნა აგრძელებს ზრდას და იმის გამო, რომ ისინი წარმოიქმნება ასეთ დაბალ კონცენტრაციებში, REE-ების მოპოვების ტრადიციული მეთოდები შეიძლება იყოს არაეფექტური, გარემოს დამაბინძურებელი და საზიანო მუშაკთა ჯანმრთელობისთვის.

ახლა, თავდაცვის მოწინავე კვლევითი პროექტების სააგენტოს (DARPA) გარემოსდაცვითი მიკრობების, როგორც ბიოინჟინერიის რესურსების (EMBER) პროგრამის დაფინანსებით, სან დიეგოს სახელმწიფო უნივერსიტეტის მკვლევარები ავითარებენ მოპოვების მოწინავე მეთოდებს REE-ების შიდა მიწოდების გაზრდის მიზნით.

„ჩვენ ვცდილობთ შევიმუშაოთ აღდგენის ახალი პროცედურა, რომელიც ეკოლოგიურად სუფთა და უფრო მდგრადია“, - თქვა ბიოლოგმა და მთავარმა გამომძიებელმა მარინა კალიუჟნაიამ.

ამისათვის მკვლევარები გამოიყენებენ ექსტრემალურ პირობებში მცხოვრები მეთანის მომხმარებელი ბაქტერიების ბუნებრივ მიდრეკილებას გარემოდან REE-ების დასაჭერად.

„მათ ესაჭიროებათ იშვიათი დედამიწის ელემენტები, რათა განახორციელონ ერთ-ერთი ძირითადი ფერმენტული რეაქცია მათ მეტაბოლურ გზებზე“, - თქვა კალიუჟნაიამ.

REE მოიცავს პერიოდული ცხრილის ბევრ ლანთანიდის ელემენტს. კალიფორნიის უნივერსიტეტთან, ბერკლისა და წყნარი ოკეანის ჩრდილო-დასავლეთის ეროვნულ ლაბორატორიასთან (PNNL) თანამშრომლობით, SDSU-ის მკვლევარები გეგმავენ ბიოლოგიური პროცესების შებრუნებას, რაც ბაქტერიებს საშუალებას აძლევს ლითონების მოპოვება გარემოდან. ბიოქიმიკოს ჯონ ლავის თქმით, ამ პროცესის გაგება ხელს შეუწყობს სინთეზური დიზაინერი ცილების შექმნას, რომლებიც მაღალი სპეციფიკით აკავშირებენ სხვადასხვა ტიპის ლანთანიდებს. PNNL-ის გუნდი გამოავლენს ექსტრემოფილური და REE აკუმულირებული ბაქტერიების გენეტიკურ დეტერმინანტებს და შემდეგ დაახასიათებს მათ REE-ს მიღებას.

ჯგუფი შემდეგ შეცვლის ბაქტერიებს, რათა გამოიმუშაოს ლითონის დამაკავშირებელი ცილები მათი უჯრედების ზედაპირზე, თქვა ლავმა.

REE-ები შედარებით უხვადაა მაღაროს ნარჩენებში, ზოგიერთი ლითონის მადნის ნარჩენებში, როგორიცაა ალუმინი.

„მაღაროს ნარჩენები რეალურად ნარჩენებია, რომლებსაც ჯერ კიდევ ბევრი სასარგებლო მასალა აქვს“, - თქვა კალიუჟნაიამ.

REE-ების შიგნით გასაწმენდად და შესაგროვებლად, წყლისა და დამსხვრეული ქანების ეს ნალექი გაივლება ბიოფილტრის მეშვეობით, რომელიც შეიცავს მოდიფიცირებულ ბაქტერიებს, რაც საშუალებას მისცემს ბაქტერიის ზედაპირზე არსებულ დიზაინერ ცილებს შერჩევით დაუკავშირონ REE-ებს. მეთანის მოყვარული ბაქტერიების მსგავსად, რომლებიც მათ შაბლონად მსახურობდნენ, გაუმჯობესებული ბაქტერიები მოითმენს უკიდურეს pH-ს, ტემპერატურას და მარილიანობას, პირობებს, რომლებიც გვხვდება მაღაროს ნარჩენებში.

მკვლევარები ითანამშრომლებენ ინდუსტრიის პარტნიორთან, პალო ალტოს კვლევით ცენტრთან (PARC), Xerox-ის კომპანიასთან, ბიოპრინტისთვის ფოროვანი, სორბენტი მასალის ბიოფილტრში გამოსაყენებლად. ბიობეჭდვის ეს ტექნოლოგია იაფი და მასშტაბირებადია და, სავარაუდოდ, მნიშვნელოვანი დანაზოგი იქნება მინერალების აღდგენისას ფართოდ გამოყენებისას.

გარემოს ინჟინრის კრისტი დიკსტრას თქმით, ბიოფილტრის ტესტირებისა და ოპტიმიზაციის გარდა, გუნდს ასევე მოუწევს შეიმუშაოს მეთოდები თავად ბიოფილტრიდან გაწმენდილი ლანთანიდების შესაგროვებლად. მკვლევარები გაერთიანდნენ სტარტაპ კომპანიასთან, Phoenix Tailings-თან, რათა გამოსცადონ და დახვეწონ აღდგენის პროცესი.

იმის გამო, რომ მიზანი არის კომერციულად სიცოცხლისუნარიანი, მაგრამ ეკოლოგიურად სუფთა პროცესის შემუშავება REE-ების მოპოვებისთვის, Dykstra და პროექტის რამდენიმე პარტნიორი გააანალიზებენ სისტემის ხარჯებს ლანთანიდების აღდგენის სხვა ტექნოლოგიებთან შედარებით, მაგრამ ასევე გარემოზე ზემოქმედებას.

„ჩვენ ველოდებით, რომ მას ექნება ბევრი სარგებელი ეკოლოგიურად და ენერგეტიკული ხარჯების შემცირება, ვიდრე ამჟამად გამოიყენება“, - თქვა დიკსტრამ. ”მსგავსი სისტემა უფრო პასიური ბიოფილტრაციის სისტემა იქნება, ნაკლები ენერგიის შეყვანით. და შემდეგ, თეორიულად, ნაკლები გამოყენება მართლაც ეკოლოგიურად მავნე გამხსნელების და მსგავსი რამ. ბევრი მიმდინარე პროცესი გამოიყენებს მართლაც უხეში და არაეკოლოგიურად სუფთა გამხსნელებს.”

Dykstra ასევე აღნიშნავს, რომ მას შემდეგ, რაც ბაქტერიები იმეორებენ საკუთარ თავს, მიკრობებზე დაფუძნებული ტექნოლოგიები თვითგანახლებადია, „მაშინ, როდესაც ჩვენ ქიმიურ მეთოდს გამოვიყენებთ, მუდმივად უფრო და უფრო მეტი ქიმიური ნივთიერების წარმოება მოგვიწევს“.

„თუნდაც ეს ცოტა ძვირი დაჯდეს, მაგრამ გარემოს ზიანი არ მიაყენოს, ლოგიკური იქნება“, - თქვა კალიუჟნაიამ.

DARPA-ს მიერ დაფინანსებული პროექტის მიზანია ოთხი წლის განმავლობაში ბიოლოგიურად ორიენტირებული REE-აღდგენის ტექნოლოგიის კონცეფციის დადასტურება, რაც კალუჟნაიას თქმით, მოითხოვს სტრატეგიულ ხედვას და დისციპლინურ ხედვას.

მან დასძინა, რომ პროექტი SDSU-ს კურსდამთავრებულ სტუდენტებს შესაძლებლობას მისცემს მონაწილეობა მიიღონ მულტიდისციპლინურ კვლევაში „და დაინახონ, თუ როგორ შეიძლება გაიზარდოს კონცეფციები მხოლოდ იდეებიდან საპილოტე დემონსტრირებამდე“.

---

გამოქვეყნების დრო: აპრ-17-2023