출처:뉴스센터희토류 원소(REE) 좋아요란탄그리고네오디뮴휴대폰, 태양광 패널부터 위성, 전기 자동차에 이르기까지 현대 전자 제품의 필수 구성 요소입니다. 이러한 중금속은 비록 극소량이지만 우리 주변 곳곳에 존재합니다. 그러나 수요는 계속 증가하고 있으며 매우 낮은 농도에서 발생하기 때문에 REE를 추출하는 전통적인 방법은 비효율적이고 환경을 오염시키며 근로자의 건강에 해로울 수 있습니다.이제 DARPA(Defense Advanced Research Projects Agency)의 EMBER(생명공학 자원으로서의 환경 미생물) 프로그램의 자금 지원을 받아 샌디에고 주립대학교 연구자들은 REE의 국내 공급을 늘리기 위한 목표로 고급 추출 방법을 개발하고 있습니다.생물학자이자 수석 연구원인 Marina Kalyuzhnaya는 “우리는 환경 친화적이고 지속 가능한 새로운 복구 절차를 개발하려고 노력하고 있습니다.”라고 말했습니다.이를 위해 연구자들은 환경에서 REE를 포획하기 위해 극한의 조건에서 살고 있는 메탄을 소비하는 박테리아의 자연적인 성향을 활용할 것입니다.Kalyuzhnaya는 “대사 경로에서 주요 효소 반응 중 하나를 만들기 위해서는 희토류 원소가 필요합니다.”라고 말했습니다.REE에는 주기율표의 많은 란탄족 원소가 포함되어 있습니다. SDSU 연구진은 버클리 캘리포니아 대학교 및 PNNL(Pacific Northwest National Laboratory)과 협력하여 박테리아가 환경에서 금속을 수확할 수 있도록 하는 생물학적 과정을 역설계할 계획입니다. 생화학자 John Love에 따르면, 이 과정을 이해하면 다양한 유형의 란타나이드에 높은 특이도로 결합하는 합성 디자이너 단백질의 생성에 대한 정보를 얻을 수 있다고 합니다. PNNL 팀은 호극성 박테리아와 REE 축적 박테리아의 유전적 결정인자를 확인한 다음 이들의 REE 섭취량을 특성화할 것입니다.그런 다음 연구팀은 박테리아를 변형하여 세포 표면에 금속 결합 단백질을 생성할 것이라고 Love는 말했습니다.REE는 알루미늄과 같은 일부 금속 광석의 폐기물인 광산 광미에 상대적으로 풍부합니다.Kalyuzhnaya는 "광미는 실제로 유용한 물질이 많이 포함되어 있는 폐기물입니다."라고 말했습니다.내부의 REE를 정화하고 수집하기 위해 이러한 물과 분쇄된 암석의 슬러리는 변형된 박테리아가 포함된 바이오 필터를 통과하여 박테리아 표면의 디자이너 단백질이 REE에 선택적으로 결합할 수 있습니다. 주형 역할을 했던 메탄을 좋아하는 박테리아처럼, 개선된 박테리아는 광산 광미에서 발견되는 극한의 pH, 온도 및 염도 조건을 견딜 수 있습니다.연구진은 업계 파트너인 Xerox 계열사인 Palo Alto Research Center(PARC)와 협력하여 바이오필터에 사용할 다공성 흡수성 물질을 바이오프린팅할 예정입니다. 이 바이오프린팅 기술은 비용이 저렴하고 확장 가능하며 광물 회수에 광범위하게 적용하면 상당한 비용 절감 효과를 가져올 것으로 예상됩니다.환경 엔지니어인 Christy Dykstra에 따르면, 팀은 바이오필터를 테스트하고 최적화하는 것 외에도 바이오필터 자체에서 정제된 란탄족 원소를 수집하는 방법도 개발해야 합니다. 연구원들은 신생 기업인 Phoenix Tailings와 협력하여 복구 프로세스를 테스트하고 개선했습니다.목표는 상업적으로 실행 가능하지만 환경 친화적인 REE 추출 프로세스를 개발하는 것이기 때문에 Dykstra와 여러 프로젝트 파트너는 란타나이드 회수를 위한 다른 기술과 비교하여 시스템 비용을 분석할 뿐만 아니라 환경에 미치는 영향도 분석합니다.Dykstra는 “우리는 현재 사용되는 것보다 환경적으로 많은 이점을 제공하고 에너지 비용을 낮출 것으로 기대합니다.”라고 말했습니다. “이와 같은 시스템은 에너지 투입이 적은 수동적 생물여과 시스템에 가깝습니다. 그리고 이론적으로는 환경에 유해한 용매 등의 사용이 줄어듭니다. 현재의 많은 공정에서는 매우 가혹하고 환경 친화적이지 않은 용매를 사용하게 됩니다.”Dykstra는 또한 박테리아가 스스로 복제하기 때문에 미생물 기반 기술은 스스로 재생되지만 "화학적 방법을 사용하려면 계속해서 더 많은 화학 물질을 생산해야 할 것"이라고 지적합니다.Kalyuzhnaya는 “비용이 조금 더 들더라도 환경에 해를 끼치지 않는다면 그것은 합리적일 것입니다.”라고 말했습니다.DARPA 자금 지원 프로젝트의 목표는 4년 안에 바이오 기반 REE 회수 기술의 개념 증명을 제공하는 것이며, Kalyuzhnaya는 이를 위해서는 전략적 비전과 학제간 전망이 필요하다고 말했습니다.그녀는 이 프로젝트가 SDSU 대학원생들에게 다양한 학문 분야의 연구에 참여할 수 있는 기회를 제공하고 "단순한 아이디어에서 파일럿 시연에 이르기까지 개념이 어떻게 성장할 수 있는지 확인할 수 있는" 기회를 제공할 것이라고 덧붙였습니다.게시 시간: 2023년 4월 17일
