Bakterie mogą być kluczem do zrównoważonej ekstrakcji pierwiastków ziem rzadkich
źródło: Phys.orgPierwiastki ziem rzadkich z rud są niezbędne dla współczesnego życia, ale ich rafinacja po wydobyciu jest kosztowna, szkodzi środowisku i odbywa się głównie za granicą.Nowe badanie opisuje dowód na zasadność inżynierii bakterii Gluconobacter oxydans, która stanowi pierwszy duży krok w kierunku zaspokojenia gwałtownie rosnącego zapotrzebowania na pierwiastki ziem rzadkich w sposób odpowiadający kosztom i wydajności tradycyjnym termochemicznym metodom ekstrakcji i rafinacji oraz wystarczająco czysty, aby spełniają amerykańskie standardy ochrony środowiska.„Próbujemy opracować przyjazną dla środowiska, niskotemperaturową i niskociśnieniową metodę wydobywania pierwiastków ziem rzadkich ze skały” – powiedział Buz Barstow, starszy autor artykułu i adiunkt inżynierii biologicznej i środowiskowej na Uniwersytecie Uniwersytet Cornella.Pierwiastki – których w układzie okresowym jest 15 – są niezbędne do wszystkiego, od komputerów, telefonów komórkowych, ekranów, mikrofonów, turbin wiatrowych, pojazdów elektrycznych i przewodników po radary, sonary, światła LED i akumulatory.Chociaż Stany Zjednoczone kiedyś rafinowały własne pierwiastki ziem rzadkich, produkcja ta została zatrzymana ponad pięćdziesiąt lat temu. Obecnie udoskonalanie tych elementów odbywa się niemal wyłącznie w innych krajach, zwłaszcza w Chinach.„Większość produkcji i wydobycia pierwiastków ziem rzadkich znajduje się w rękach obcych krajów” – powiedział współautor Esteban Gazel, profesor nadzwyczajny nauk o Ziemi i atmosferze w Cornell. „Dlatego dla bezpieczeństwa naszego kraju i stylu życia musimy wrócić na właściwą drogę do kontrolowania tego zasobu”.Aby zaspokoić roczne zapotrzebowanie USA na pierwiastki ziem rzadkich, do wydobycia 10 000 kilogramów (~22 000 funtów) pierwiastków potrzeba około 71,5 miliona ton (~78,8 miliona ton) surowej rudy.Obecne metody polegają na rozpuszczeniu skały gorącym kwasem siarkowym, a następnie zastosowaniu rozpuszczalników organicznych w celu oddzielenia od siebie bardzo podobnych pojedynczych pierwiastków w roztworze.„Chcemy znaleźć sposób na zrobienie błędu, który lepiej spełni to zadanie” – powiedział Barstow.G. oxydans jest znany z wytwarzania kwasu zwanego biolixiviantem, który rozpuszcza skały; bakteria wykorzystuje kwas do wyciągania fosforanów z pierwiastków ziem rzadkich. Naukowcy zaczęli manipulować genami G. oxydans, aby skuteczniej ekstrahował pierwiastki.W tym celu naukowcy wykorzystali technologię Knockout Sudoku, którą pomógł opracować Barstow, która pozwoliła im wyłączyć jeden po drugim 2733 genów w genomie G. oxydans. Zespół wybrał mutanty, z których każdy miał wyłączony konkretny gen, aby móc zidentyfikować, które geny odgrywają rolę w wydobywaniu pierwiastków ze skały.„Jestem niesamowitym optymistą” – powiedział Gazel. „Mamy tutaj proces, który będzie skuteczniejszy niż wszystko, co zostało zrobione wcześniej”.Alexa Schmitz, badaczka ze stopniem doktora w laboratorium Barstow, jest pierwszą autorką badania „Gluconobacter oxydans Knockout Collection Finds Improved Rare Earth Element Extraction” opublikowanego w Nature Communications.
