sursa:newscenter

Elemente de pământ rare(REE) calantanşineodimsunt componente esențiale ale electronicii moderne, de la telefoane mobile și panouri solare până la sateliți și vehicule electrice. Aceste metale grele apar peste tot în jurul nostru, deși în cantități mici. Dar cererea continuă să crească și, deoarece acestea apar în concentrații atât de scăzute, metodele tradiționale de extragere a REE pot fi ineficiente, poluante pentru mediu și dăunătoare sănătății lucrătorilor.

Acum, cu finanțare din partea programului Environmental Microbes as a BioEngineering Resource (EMBER) de la Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), cercetătorii de la Universitatea de Stat din San Diego dezvoltă metode avansate de extracție cu scopul de a crește oferta internă de REE.

„Încercăm să dezvoltăm o nouă procedură de recuperare care să fie prietenoasă cu mediul și mai durabilă”, a spus biologul și investigatorul principal Marina Kalyuzhnaya.

Pentru a face acest lucru, cercetătorii vor profita de tendința naturală a bacteriilor consumatoare de metan care trăiesc în condiții extreme de a capta REE din mediu.

„Ei au nevoie de elemente de pământ rare pentru a produce una dintre reacțiile enzimatice cheie în căile lor metabolice”, a spus Kalyuzhnaya.

REE includ numeroasele elemente lantanide ale tabelului periodic. În colaborare cu Universitatea din California, Berkeley și Pacific Northwest National Laboratory (PNNL), cercetătorii SDSU intenționează să facă inginerie inversă a proceselor biologice care permit bacteriilor să recolteze metalele din mediu. Înțelegerea acestui proces va informa crearea de proteine ​​sintetice de designer care se leagă cu specificitate ridicată la diferite tipuri de lantanide, potrivit biochimistului John Love. Echipa PNNLs va identifica determinanții genetici ai bacteriilor extremofile și care acumulează REE și apoi va caracteriza absorbția lor REE.

Echipa va modifica apoi bacteriile pentru a produce proteinele care leagă metalele pe suprafața celulelor lor, a spus Love.

REE sunt relativ abundente în sterilul minelor, produse reziduale ale unor minereuri metalice, cum ar fi aluminiul.

„Iazurile miniere sunt de fapt deșeuri care au încă o mulțime de materiale utile”, a spus Kalyuzhnaya.

Pentru a purifica și colecta REE în interior, aceste șlamuri de apă și roci zdrobite vor fi trecute printr-un biofiltru care conține bacteriile modificate, permițând proteinelor de proiectare de pe suprafața bacteriilor să se lege selectiv de REE. La fel ca bacteriile iubitoare de metan care le-au servit drept modele, bacteriile îmbunătățite vor tolera extreme de pH, temperatură și salinitate, condiții care se găsesc în sterilul minelor.

Cercetătorii vor colabora cu un partener al industriei, Centrul de Cercetare Palo Alto (PARC), o companie Xerox, pentru a bioimprima un material poros, absorbant, pentru utilizare în biofiltru. Această tehnologie de bioprintare este ieftină și scalabilă și se preconizează că va duce la economii semnificative atunci când este aplicată în general pentru recuperarea mineralelor.

Pe lângă testarea și optimizarea biofiltrului, echipa va trebui, de asemenea, să dezvolte metode de colectare a lantanidelor purificate din biofiltrul propriu-zis, potrivit inginerului de mediu Christy Dykstra. Cercetătorii au făcut echipă cu o companie startup, Phoenix Tailings, pentru a testa și perfecționa procesul de recuperare.

Deoarece scopul este dezvoltarea unui proces viabil din punct de vedere comercial, dar prietenos cu mediul pentru extragerea REE, Dykstra și câțiva dintre partenerii proiectului vor analiza costurile sistemului în comparație cu alte tehnologii de recuperare a lantanidelor, dar și impactul asupra mediului.

„Ne anticipăm că ar avea o mulțime de beneficii din punct de vedere al mediului și costuri cu energie mai mici în comparație cu ceea ce este utilizat în prezent”, a spus Dykstra. „Un sistem ca acesta ar fi mai mult un sistem pasiv de biofiltrare, cu mai puține aporturi de energie. Și apoi, teoretic, utilizarea mai puțină a solvenților cu adevărat dăunători pentru mediu și lucruri de genul acesta. Multe procese actuale vor folosi solvenți cu adevărat duri și neprietenoși cu mediul.”

Dykstra observă, de asemenea, că, din moment ce bacteriile se replică, tehnologiile bazate pe microbi se auto-reînnoiesc, „în timp ce dacă ar fi să folosim o metodă chimică, ar trebui să producem continuu din ce în ce mai multe substanțe chimice”.

„Chiar dacă va costa puțin mai mult, dar nu dăunează mediului, ar avea sens”, a spus Kalyuzhnaya.

Scopul proiectului finanțat de DARPA este de a oferi o dovadă de concept a tehnologiei de recuperare a REE bazată pe bio în patru ani, despre care Kalyuzhnaya a spus că va necesita o viziune strategică și o perspectivă interdisciplinară.

Ea a adăugat că proiectul va oferi studenților absolvenți ai SDSU oportunitatea de a participa la cercetări multidisciplinare „și de a vedea cum conceptele pot crește de la doar idei până la demonstrații pilot”.

---

Ora postării: 17-apr-2023