дереккөз: жаңалықтар орталығы

Сирек жер элементтері(REEs) ұнайдылантанжәненеодимұялы телефондар мен күн батареяларынан бастап спутниктерге және электр көліктеріне дейін заманауи электрониканың маңызды құрамдас бөліктері болып табылады. Бұл ауыр металдар аз мөлшерде болса да, айналамызда кездеседі. Бірақ сұраныс өсуде және олар соншалықты төмен концентрацияда болғандықтан, ЖЭҚ алудың дәстүрлі әдістері тиімсіз, қоршаған ортаны ластаушы және жұмысшылардың денсаулығына зиян келтіруі мүмкін.

Енді Қоршаған ортаның микробтарды биоинженерлік ресурс (EMBER) бағдарламасы ретінде Қорғаныс ғылыми-зерттеу жобалары агенттігінің (DARPA) қаржыландыруымен Сан-Диего мемлекеттік университетінің зерттеушілері ЖЖҚ-ның ішкі жеткізілімін арттыру мақсатында экстракцияның озық әдістерін әзірлеуде.

«Біз қоршаған ортаға зиянсыз және тұрақтырақ қалпына келтірудің жаңа процедурасын жасауға тырысамыз», - деді биолог және бас зерттеуші Марина Калюжная.

Бұл үшін зерттеушілер экстремалды жағдайларда өмір сүретін метан тұтынатын бактериялардың қоршаған ортадан REE-ді түсіруге табиғи бейімділігін пайдаланады.

«Олар метаболизм жолдарындағы негізгі ферментативті реакциялардың бірін жасау үшін сирек жер элементтерін қажет етеді», - деді Калюжная.

REE периодтық кестенің көптеген лантанид элементтерін қамтиды. Калифорния университетімен, Беркли және Тынық мұхитының солтүстік-батыс ұлттық зертханасымен (PNNL) бірлесе отырып, SDSU зерттеушілері бактерияларға қоршаған ортадан металдарды жинауға мүмкіндік беретін биологиялық процестерді кері инженериялауды жоспарлап отыр. Биохимик Джон Лавтың айтуынша, бұл процесті түсіну лантанидтердің әртүрлі түрлерімен жоғары спецификалық байланыстыратын синтетикалық дизайнерлік ақуыздарды құруға мүмкіндік береді. PNNL тобы экстремофильді және REE жинақтаушы бактериялардың генетикалық детерминанттарын анықтайды, содан кейін олардың REE қабылдауын сипаттайды.

Содан кейін команда жасушаларының бетіндегі металды байланыстыратын ақуыздарды өндіру үшін бактерияларды өзгертеді, деді Лав.

РЭҚ шахта қалдықтарында, алюминий сияқты кейбір металл кендерінің қалдықтарында салыстырмалы түрде көп.

«Шахта қалдықтары шын мәнінде құрамында әлі де көптеген пайдалы материалдар бар қалдықтар», - деді Калюжная.

Ішіндегі REE тазарту және жинау үшін су мен ұсақталған тау жыныстарының бұл суспензиялары өзгертілген бактериялары бар биосүзгіден өтеді, бұл бактериялар бетіндегі дизайнерлік ақуыздарға РЭҚ-мен таңдамалы түрде байланысуға мүмкіндік береді. Үлгі ретінде қызмет еткен метанды жақсы көретін бактериялар сияқты, жақсартылған бактериялар рН, температура мен тұздылықтың шектен шығуына, шахта қалдықтарында кездесетін жағдайларға шыдайды.

Зерттеушілер биофильтрде пайдалану үшін кеуекті, сорбенттік материалды биобасып шығару үшін Xerox компаниясы Palo Alto Research Center (PARC) салалық серіктесімен бірлесіп жұмыс істейді. Бұл биобасып шығару технологиясы арзан әрі ауқымды және пайдалы қазбаларды өндіруге кеңінен қолданғанда айтарлықтай үнемдеуге әкеледі деп болжануда.

Инженер-эколог Кристи Дикстраның айтуынша, биосүзгіні сынау мен оңтайландырудан басқа, команда биосүзгіден тазартылған лантанидтерді жинау әдістерін де әзірлеуі керек. Зерттеушілер қалпына келтіру процесін сынау және нақтылау үшін Phoenix Tailings стартап-компаниясымен бірігіп отыр.

Мақсат ЖЭҚ өндіру үшін коммерциялық тұрғыдан тиімді, бірақ экологиялық таза процесті әзірлеу болғандықтан, Dykstra және бірнеше жоба серіктестері лантанидтерді қалпына келтірудің басқа технологияларымен салыстырғанда жүйенің шығындарын, сонымен бірге қоршаған ортаға әсерін талдайды.

«Біз оның қоршаған ортаға көп пайдасын тигізеді және қазіргі уақытта қолданылып жүргенмен салыстырғанда энергия шығындарын азайтады деп күтеміз», - деді Дикстра. «Мұндай жүйе энергияны аз жұмсайтын пассивті биофильтрация жүйесі болар еді. Ал содан кейін, теориялық тұрғыдан алғанда, шынымен қоршаған ортаға зиянды еріткіштерді және сол сияқты заттарды азырақ пайдалану. Көптеген қазіргі процестер шынымен қатал және қоршаған ортаға зиянсыз еріткіштерді пайдаланады ».

Дикстра сонымен қатар бактериялар өзін-өзі көбейтетіндіктен, микробқа негізделген технологиялар өзін-өзі жаңартады, ал «ал химиялық әдісті қолданатын болсақ, біз үнемі көбірек химиялық заттарды өндіруге тура келетінін» атап өтеді.

«Егер ол сәл қымбаттаса да, бірақ қоршаған ортаға зиян тигізбесе, бұл мағынасы бар», - деді Калюжная.

DARPA қаржыландыратын жобаның мақсаты төрт жыл ішінде био-басқарылған REE-қалпына келтіру технологиясының тұжырымдамасын дәлелдеу болып табылады, Калюжная стратегиялық көзқарас пен пәнаралық көзқарасты қажет етеді деп санайды.

Ол жоба SDSU магистранттарына көпсалалы зерттеулерге қатысуға мүмкіндік беретінін және «концепциялардың жай идеялардан пилоттық демонстрацияға дейін қалай өсетінін көруге» мүмкіндік беретінін айтты.

---

Жіберу уақыты: 17 сәуір 2023 ж