avots: ziņu centrs

Retzemju elementi(REES) patīklantānsunneodīmsir būtiskas mūsdienu elektronikas sastāvdaļas, sākot no mobilajiem tālruņiem un saules paneļiem līdz satelītiem un elektriskajiem transportlīdzekļiem. Šie smagie metāli sastopami mums visapkārt, lai gan nelielos daudzumos. Taču pieprasījums turpina pieaugt, un, tā kā tie ir sastopami tik zemās koncentrācijās, tradicionālās REE ieguves metodes var būt neefektīvas, vidi piesārņojošas un kaitīgas darbinieku veselībai.

Tagad, saņemot finansējumu no Aizsardzības progresīvo pētījumu projektu aģentūras (DARPA) Vides mikrobi kā bioinženierijas resursa (EMBER) programmas, Sandjego štata universitātes pētnieki izstrādā progresīvas ekstrakcijas metodes, lai palielinātu REE vietējo piegādi.

"Mēs cenšamies izstrādāt jaunu reģenerācijas procedūru, kas būtu videi draudzīgāka un ilgtspējīgāka," sacīja biologe un galvenā pētniece Marina Kaļužnaja.

Lai to paveiktu, pētnieki izmantos ekstrēmos apstākļos dzīvojošo metānu patērējošo baktēriju dabisko tieksmi uztvert REE no vides.

"Viņiem ir nepieciešami retzemju elementi, lai veiktu vienu no galvenajām enzīmu reakcijām to vielmaiņas ceļos," sacīja Kaļužnaja.

REE ietver daudzos periodiskās tabulas lantanīda elementus. Sadarbībā ar Kalifornijas Universitāti, Bērkliju un Klusā okeāna ziemeļrietumu nacionālo laboratoriju (PNNL), SDSU pētnieki plāno mainīt bioloģiskos procesus, kas ļauj baktērijām novākt metālus no vides. Saskaņā ar bioķīmiķa Džona Lova teikto, šī procesa izpratne palīdzēs radīt sintētiskos dizaineru proteīnus, kas ar augstu specifiskumu saistās ar dažāda veida lantanīdiem. PNNL komanda identificēs ekstremofilo un REE akumulējošo baktēriju ģenētiskos noteicošos faktorus un pēc tam raksturos to REE uzņemšanu.

Pēc tam komanda modificēs baktērijas, lai ražotu metālu saistošos proteīnus uz to šūnu virsmas, sacīja Love.

REE ir salīdzinoši daudz raktuvēs, dažu metālu rūdu, piemēram, alumīnija, atkritumos.

"Raktuvju atliekas patiesībā ir atkritumi, kuros joprojām ir daudz noderīgu materiālu," sacīja Kaļužnaja.

Lai attīrītu un savāktu REE, šīs ūdens un drupināto akmeņu vircas tiks izlaistas caur biofiltru, kurā ir modificētās baktērijas, ļaujot baktēriju virsmas izstrādātajiem proteīniem selektīvi saistīties ar REE. Tāpat kā metānu mīlošās baktērijas, kas kalpoja kā to veidnes, uzlabotās baktērijas panes ārkārtēju pH, temperatūru un sāļumu — apstākļus, kas atrodami raktuvēs.

Pētnieki sadarbosies ar nozares partneri Palo Alto pētniecības centru (PARC), Xerox uzņēmumu, lai bioprintētu porainu, sorbentu materiālu izmantošanai biofiltrā. Šī biodrukas tehnoloģija ir zemu izmaksu un mērogojama, un tiek prognozēts, ka, plaši pielietojot minerālu atgūšanai, tā radīs ievērojamus ietaupījumus.

Papildus biofiltra testēšanai un optimizēšanai komandai būs arī jāizstrādā metodes attīrīto lantanīdu savākšanai no paša biofiltra, norāda vides inženieris Christy Dykstra. Pētnieki ir sadarbojušies ar jaunuzņēmumu Phoenix Tailings, lai pārbaudītu un uzlabotu atkopšanas procesu.

Tā kā mērķis ir izstrādāt komerciāli dzīvotspējīgu, bet videi draudzīgu REE ieguves procesu, Dykstra un vairāki projekta partneri analizēs sistēmas izmaksas salīdzinājumā ar citām lantanīdu atgūšanas tehnoloģijām, kā arī ietekmi uz vidi.

"Mēs paredzam, ka tam būs daudz priekšrocību videi un zemākas enerģijas izmaksas, salīdzinot ar to, ko pašlaik izmanto," sacīja Dykstra. “Šāda sistēma vairāk būtu pasīva biofiltrācijas sistēma ar mazāku enerģijas patēriņu. Un tad teorētiski mazāk izmantot patiešām videi kaitīgus šķīdinātājus un tamlīdzīgas lietas. Daudzos pašreizējos procesos tiks izmantoti patiešām skarbi un videi nedraudzīgi šķīdinātāji.

Dykstra arī atzīmē, ka, tā kā baktērijas atkārtojas, uz mikrobiem balstītas tehnoloģijas pašatjaunojas, "turpretim, ja mēs izmantotu ķīmisko metodi, mums būtu nepārtraukti jāražo arvien vairāk ķīmisko vielu."

"Pat ja tas maksās nedaudz vairāk, bet tas nekaitē videi, tas būtu loģiski," sacīja Kaļužnaja.

DARPA finansētā projekta mērķis ir četru gadu laikā nodrošināt bioloģiski virzītas REE reģenerācijas tehnoloģijas koncepcijas pierādījumu, kam Kaļužnaja sacīja, ka būs nepieciešams stratēģisks redzējums un starpdisciplināra perspektīva.

Viņa piebilda, ka projekts sniegs SDSU absolventiem iespēju piedalīties daudznozaru pētījumos "un redzēt, kā koncepcijas var izaugt no idejām līdz izmēģinājuma demonstrācijai."

---

Publicēšanas laiks: 17.04.2023