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Elementos de terras raras(REEs) comolantânioeneodímiosão componentes essenciais da eletrônica moderna, desde telefones celulares e painéis solares até satélites e veículos elétricos. Esses metais pesados ​​ocorrem ao nosso redor, embora em pequenas quantidades. Mas a procura continua a aumentar e, como ocorrem em concentrações tão baixas, os métodos tradicionais de extracção de REE podem ser ineficientes, poluentes ambientalmente e prejudiciais para a saúde dos trabalhadores.

Agora, com financiamento do programa Environmental Microbes as a BioEngineering Resource (EMBER) da Agência de Projetos de Pesquisa Avançada de Defesa (DARPA), os pesquisadores da Universidade Estadual de San Diego estão desenvolvendo métodos avançados de extração com o objetivo de aumentar o fornecimento doméstico de REEs.

“Estamos tentando desenvolver um novo procedimento de recuperação que seja ecologicamente correto e mais sustentável”, disse a bióloga e pesquisadora principal Marina Kalyuzhnaya.

Para fazer isso, os pesquisadores aproveitarão a propensão natural das bactérias consumidoras de metano que vivem em condições extremas para capturar REEs do meio ambiente.

“Eles requerem elementos de terras raras para realizar uma das principais reações enzimáticas em suas vias metabólicas”, disse Kalyuzhnaya.

Os REEs incluem os muitos elementos lantanídeos da tabela periódica. Em colaboração com a Universidade da Califórnia, Berkeley e o Laboratório Nacional do Noroeste do Pacífico (PNNL), os pesquisadores da SDSU planejam fazer engenharia reversa dos processos biológicos que permitem às bactérias colher os metais do meio ambiente. A compreensão desse processo informará a criação de proteínas sintéticas que se ligam com alta especificidade a diferentes tipos de lantanídeos, segundo o bioquímico John Love. A equipe do PNNL identificará os determinantes genéticos das bactérias extremofílicas e acumuladoras de REE e, em seguida, caracterizará sua captação de REE.

A equipe irá então modificar as bactérias para produzir proteínas de ligação a metais na superfície de suas células, disse Love.

Os REE são relativamente abundantes em rejeitos de minas, produtos residuais de alguns minérios metálicos, como o alumínio.

“Os rejeitos das minas são, na verdade, resíduos que ainda contêm muitos materiais úteis”, disse Kalyuzhnaya.

Para purificar e coletar os REEs, essas lamas de água e rochas trituradas passarão por um biofiltro contendo as bactérias modificadas, permitindo que as proteínas projetadas na superfície das bactérias se liguem seletivamente aos REEs. Tal como as bactérias amantes do metano que serviram de modelo, as bactérias melhoradas tolerarão extremos de pH, temperatura e salinidade, condições encontradas nos rejeitos da mina.

Os pesquisadores colaborarão com um parceiro da indústria, o Palo Alto Research Center (PARC), uma empresa da Xerox, para bioimprimir um material poroso e sorvente para uso no biofiltro. Esta tecnologia de bioimpressão é de baixo custo e escalável e prevê-se que resulte em poupanças significativas quando aplicada amplamente à recuperação mineral.

Além de testar e otimizar o biofiltro, a equipe também terá que desenvolver métodos para coletar os lantanídeos purificados do próprio biofiltro, segundo a engenheira ambiental Christy Dykstra. Os pesquisadores se uniram a uma empresa iniciante, Phoenix Tailings, para testar e refinar o processo de recuperação.

Como o objetivo é desenvolver um processo comercialmente viável, mas ambientalmente amigável, para a extração de REEs, Dykstra e vários parceiros do projeto analisarão os custos do sistema em comparação com outras tecnologias de recuperação de lantanídeos, mas também o impacto ambiental.

“Prevemos que traria muitos benefícios ambientais e custos de energia mais baixos em comparação com o que é usado atualmente”, disse Dykstra. “Um sistema como este seria mais um sistema de biofiltração passivo, com menos consumo de energia. E então, teoricamente, menos uso de solventes realmente prejudiciais ao meio ambiente e coisas assim. Muitos processos atuais usarão solventes realmente agressivos e não ecológicos.”

Dykstra também observa que, uma vez que as bactérias se replicam, as tecnologias baseadas em micróbios são auto-renováveis, “ao passo que, se utilizássemos um método químico, teríamos de produzir continuamente mais e mais produtos químicos”.

“Mesmo que custe um pouco mais, mas não prejudique o meio ambiente, isso faria sentido”, disse Kalyuzhnaya.

O objectivo do projecto financiado pela DARPA é fornecer prova de conceito da tecnologia de recuperação de REE bio-dirigida em quatro anos, o que Kalyuzhnaya disse que exigirá uma visão estratégica e uma perspectiva interdisciplinar.

Ela acrescentou que o projeto proporcionará aos alunos de pós-graduação da SDSU a oportunidade de participar de pesquisas multidisciplinares “e ver como os conceitos podem evoluir de apenas ideias até a demonstração piloto”.

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Horário da postagem: 17 de abril de 2023