kilde: Phys.org

Sjeldne jordelementer fra malm er avgjørende for moderne liv, men å foredle dem etter gruvedrift er kostbart, skader miljøet og skjer for det meste i utlandet.

En ny studie beskriver et prinsippbevis for å konstruere en bakterie, Gluconobacter oxydans, som tar et stort første skritt mot å møte den skyhøye etterspørselen etter sjeldne jordartselementer på en måte som matcher kostnadene og effektiviteten til tradisjonelle termokjemiske utvinnings- og foredlingsmetoder og er ren nok til å oppfyller amerikanske miljøstandarder.

"Vi prøver å komme opp med en miljøvennlig, lavtemperatur-, lavtrykksmetode for å få sjeldne jordartselementer ut av en stein," sa Buz Barstow, avisens seniorforfatter og assisterende professor i biologisk og miljøteknikk ved Cornell University.

Elementene – som det er 15 av i det periodiske systemet – er nødvendige for alt fra datamaskiner, mobiltelefoner, skjermer, mikrofoner, vindturbiner, elektriske kjøretøy og ledere til radarer, ekkolodd, LED-lys og oppladbare batterier.

Mens USA en gang raffinerte sine egne sjeldne jordartselementer, stoppet produksjonen for mer enn fem tiår siden. Nå skjer foredling av disse elementene nesten utelukkende i andre land, spesielt Kina.

"Størstedelen av produksjon og utvinning av sjeldne jordarter er i hendene på fremmede nasjoner," sa medforfatter Esteban Gazel, førsteamanuensis i jord- og atmosfærevitenskap ved Cornell. "Så for sikkerheten til landet vårt og levemåten vårt, må vi komme tilbake på sporet for å kontrollere den ressursen."

For å dekke USAs årlige behov for sjeldne jordartselementer, ville det være nødvendig med omtrent 71,5 millioner tonn (~78,8 millioner tonn) rå malm for å utvinne 10 000 kg (~22 000 pund) elementer.

Nåværende metoder er avhengige av å løse stein med varm svovelsyre, etterfulgt av bruk av organiske løsningsmidler for å skille svært like individuelle elementer fra hverandre i en løsning.

"Vi ønsker å finne ut en måte å lage en feil som gjør den jobben bedre," sa Barstow.

G. oxydans er kjent for å lage en syre kalt biolixiviant som løser opp stein; bakteriene bruker syren til å trekke fosfater fra sjeldne jordarter. Forskerne har begynt å manipulere G. oxydans' gener slik at den trekker ut elementene mer effektivt.

For å gjøre det brukte forskerne en teknologi som Barstow var med på å utvikle, kalt Knockout Sudoku, som gjorde at de kunne deaktivere de 2733 genene i G. oxydans' genom én etter én. Teamet kuraterte mutanter, hver med et spesifikt gen slått ut, slik at de kunne identifisere hvilke gener som spiller en rolle i å få elementer ut av steinen.

"Jeg er utrolig optimistisk," sa Gazel. "Vi har en prosess her som kommer til å være mer effektiv enn noe som er gjort før."

Alexa Schmitz, en postdoktor i Barstows laboratorium, er førsteforfatter av studien, "Gluconobacter oxydans Knockout Collection Finds Improved Rare Earth Element Extraction," publisert i Nature Communications.

---

Innleggstid: 19. november 2021