sumber: pusat berita

Unsur nadir bumi(REEs) sepertilanthanumdanneodymiumadalah komponen penting elektronik moden, daripada telefon bimbit dan panel solar kepada satelit dan kenderaan elektrik. Logam berat ini terdapat di sekeliling kita, walaupun dalam kuantiti yang kecil. Tetapi permintaan terus meningkat dan kerana ia berlaku dalam kepekatan yang begitu rendah, kaedah tradisional untuk mengekstrak REE boleh menjadi tidak cekap, mencemarkan alam sekitar dan memudaratkan kesihatan pekerja.

Kini, dengan pembiayaan daripada Defence Advanced Research Projects Agency (DARPA) Environmental Microbes as a BioEngineering Resource (EMBER), penyelidik Universiti Negeri San Diego sedang membangunkan kaedah pengekstrakan lanjutan dengan tujuan untuk meningkatkan bekalan domestik REE.

"Kami cuba membangunkan prosedur baharu untuk pemulihan yang mesra alam dan lebih mampan," kata ahli biologi dan penyiasat utama Marina Kalyuzhnaya.

Untuk melakukan ini, para penyelidik akan memanfaatkan kecenderungan semula jadi bakteria pemakan metana yang hidup dalam keadaan yang melampau untuk menangkap REE dari alam sekitar.

"Mereka memerlukan unsur nadir bumi untuk membuat salah satu tindak balas enzimatik utama dalam laluan metabolik mereka," kata Kalyuzhnaya.

REE merangkumi banyak unsur lantanida dalam jadual berkala. Dengan kerjasama Universiti California, Berkeley dan Pacific Northwest National Laboratory (PNNL), penyelidik SDSU merancang untuk merekayasa balik proses biologi yang membolehkan bakteria menuai logam daripada alam sekitar. Memahami proses ini akan memaklumkan penciptaan protein pereka sintetik yang mengikat dengan kekhususan tinggi kepada pelbagai jenis lantanida, menurut ahli biokimia John Love. Pasukan PNNL akan mengenal pasti penentu genetik bakteria ekstremofilik dan terkumpul REE, dan kemudian mencirikan pengambilan REE mereka.

Pasukan itu kemudiannya akan mengubah suai bakteria untuk menghasilkan protein pengikat logam pada permukaan sel mereka, kata Love.

REE secara relatifnya banyak terdapat dalam tailing lombong, hasil buangan beberapa bijih logam, seperti aluminium.

"Tailing lombong sebenarnya adalah sisa yang masih mempunyai banyak bahan berguna di dalamnya," kata Kalyuzhnaya.

Untuk membersihkan dan mengumpul REE di dalam, buburan air dan batu hancur ini akan disalurkan melalui penapis bio yang mengandungi bakteria yang diubah suai, membolehkan protein pereka pada permukaan bakteria mengikat secara selektif pada REE. Seperti bakteria yang menyukai metana yang menjadi templatnya, bakteria yang dipertingkatkan akan bertolak ansur dengan pH, suhu dan kemasinan yang melampau, keadaan yang terdapat dalam tailing lombong.

Para penyelidik akan bekerjasama dengan rakan industri, Pusat Penyelidikan Palo Alto (PARC), sebuah syarikat Xerox, untuk mencetak bio bahan berliang, sorben untuk digunakan dalam penapis bio. Teknologi bioprinting ini berkos rendah dan berskala dan dijangka menghasilkan penjimatan yang ketara apabila digunakan secara meluas untuk pemulihan mineral.

Selain menguji dan mengoptimumkan biofilter, pasukan itu juga perlu membangunkan kaedah untuk mengumpul lantanida yang telah disucikan daripada biofilter itu sendiri, menurut jurutera alam sekitar Christy Dykstra. Para penyelidik telah bekerjasama dengan syarikat permulaan, Phoenix Tailings, untuk menguji dan memperhalusi proses pemulihan.

Oleh kerana matlamatnya adalah untuk membangunkan proses yang berdaya maju secara komersial tetapi mesra alam untuk mengekstrak REE, Dykstra dan beberapa rakan kongsi projek akan menganalisis kos sistem berbanding dengan teknologi lain untuk memulihkan lantanida, tetapi juga kesan alam sekitar.

"Kami menjangkakan bahawa ia akan memberi banyak faedah kepada alam sekitar dan kos tenaga yang lebih rendah berbanding dengan apa yang digunakan pada masa ini," kata Dykstra. “Sistem seperti ini akan menjadi lebih kepada sistem penapisan bio pasif, dengan input tenaga yang kurang. Dan kemudian, secara teorinya, kurangkan penggunaan pelarut yang benar-benar berbahaya kepada alam sekitar dan perkara seperti itu. Banyak proses semasa akan menggunakan pelarut yang sangat keras dan tidak mesra alam."

Dykstra juga menyatakan bahawa kerana bakteria mereplikasi diri mereka sendiri, teknologi berasaskan mikrob memperbaharui diri, "sedangkan jika kita menggunakan kaedah kimia, kita perlu terus menghasilkan lebih banyak bahan kimia."

"Walaupun ia akan menelan belanja lebih sedikit, tetapi ia tidak membahayakan alam sekitar, itu masuk akal," kata Kalyuzhnaya.

Matlamat projek yang dibiayai DARPA adalah untuk menyediakan bukti konsep teknologi pemulihan REE yang dipacu bio dalam tempoh empat tahun, yang menurut Kalyuzhnaya akan memerlukan visi strategik dan pandangan merentas disiplin.

Beliau menambah bahawa projek itu akan memberi peluang kepada pelajar siswazah SDSU untuk mengambil bahagian dalam penyelidikan pelbagai disiplin "dan melihat bagaimana konsep boleh berkembang daripada idea sahaja sehinggalah kepada demonstrasi perintis."

---

Masa siaran: Apr-17-2023