zdroj: spravodajské centrum

Prvky vzácnych zemín(REEs) akolantánuaneodýmsú základnými komponentmi modernej elektroniky, od mobilných telefónov a solárnych panelov až po satelity a elektrické vozidlá. Tieto ťažké kovy sa vyskytujú všade okolo nás, aj keď v nepatrných množstvách. Dopyt však stále rastie a keďže sa vyskytujú v tak nízkych koncentráciách, tradičné metódy ťažby vzácnych kovov môžu byť neefektívne, znečisťujúce životné prostredie a škodlivé pre zdravie pracovníkov.

Teraz s financovaním Environmentálnych mikróbov agentúry Defence Advanced Research Projects Agency (DARPA) ako programu BioEngineering Resource (EMBER), výskumníci zo Štátnej univerzity v San Diegu vyvíjajú pokročilé metódy extrakcie s cieľom zvýšiť domácu ponuku REE.

"Snažíme sa vyvinúť nový postup obnovy, ktorý je šetrnejší k životnému prostrediu a udržateľnejší," povedala biologička a hlavná výskumníčka Marina Kalyuzhnaya.

Aby to dosiahli, výskumníci využijú prirodzenú tendenciu baktérií pohlcujúcich metán žijúcich v extrémnych podmienkach zachytávať REE z prostredia.

"Vyžadujú prvky vzácnych zemín na uskutočnenie jednej z kľúčových enzymatických reakcií v ich metabolických dráhach," povedal Kalyuzhnaya.

REE zahŕňajú mnohé lantanoidové prvky periodickej tabuľky. V spolupráci s Kalifornskou univerzitou, Berkeley a Pacifickým severozápadným národným laboratóriom (PNNL) plánujú výskumníci SDSU spätné inžinierstvo biologických procesov, ktoré umožňujú baktériám zbierať kovy z prostredia. Pochopenie tohto procesu bude podľa biochemika Johna Love informovať o vytváraní syntetických dizajnérskych proteínov, ktoré sa viažu s vysokou špecifickosťou na rôzne typy lantanoidov. Tím PNNL identifikuje genetické determinanty extrémofilných a REE akumulujúcich baktérií a potom charakterizuje ich príjem REE.

Tím potom upraví baktérie tak, aby produkovali proteíny viažuce kov na povrchu ich buniek, povedal Love.

REE sú relatívne hojné v banskej hlušine, odpadových produktoch niektorých kovových rúd, ako je hliník.

„Banícka hlušina je vlastne odpad, v ktorom je stále veľa užitočných materiálov,“ povedal Kalyuzhnaya.

Na čistenie a zhromažďovanie REE vnútri budú tieto kaly vody a drvených hornín prechádzať cez biofilter obsahujúci modifikované baktérie, čo umožní dizajnérskym proteínom na povrchu baktérií selektívne sa viazať na REE. Rovnako ako baktérie milujúce metán, ktoré slúžili ako ich šablóny, vylepšené baktérie znesú extrémy pH, teploty a slanosti, teda podmienky nachádzajúce sa v hlušine baní.

Výskumníci budú spolupracovať s priemyselným partnerom, Palo Alto Research Center (PARC), spoločnosťou Xerox, na biotlači porézneho sorbčného materiálu na použitie v biofiltri. Táto technológia biotlače je nízkonákladová a škálovateľná a predpokladá sa, že povedie k značným úsporám pri širokom použití na získavanie minerálov.

Okrem testovania a optimalizácie biofiltra bude tím musieť podľa environmentálneho inžiniera Christyho Dykstra vyvinúť aj metódy na zber vyčistených lantanoidov zo samotného biofiltra. Výskumníci sa spojili so začínajúcou spoločnosťou Phoenix Tailings, aby otestovali a vylepšili proces obnovy.

Pretože cieľom je vyvinúť komerčne životaschopný, ale k životnému prostrediu šetrný proces ťažby REE, Dykstra a niekoľko partnerov projektu analyzujú náklady na systém v porovnaní s inými technológiami na získavanie lantanoidov, ale aj vplyv na životné prostredie.

„Očakávame, že by to malo veľa výhod pre životné prostredie a nižšie náklady na energiu v porovnaní s tým, čo sa v súčasnosti používa,“ povedal Dykstra. „Systém ako tento by bol skôr pasívnym biofiltračným systémom s menšími energetickými vstupmi. A potom, teoreticky, menšie používanie skutočne ekologicky škodlivých rozpúšťadiel a podobne. Veľa súčasných procesov bude používať skutočne drsné a neekologické rozpúšťadlá.“

Dykstra tiež poznamenáva, že keďže baktérie sa samy replikujú, technológie založené na mikróboch sa samy obnovujú, „zatiaľ čo ak by sme použili chemickú metódu, museli by sme neustále produkovať viac a viac chemikálií.

„Aj keď to bude stáť trochu viac, ale nepoškodí to životné prostredie, dávalo by to zmysel,“ povedal Kalyuzhnaya.

Cieľom projektu financovaného z DARPA je poskytnúť dôkaz o koncepcii technológie bio-poháňanej obnovy REE za štyri roky, čo si podľa Kalyuzhnaya bude vyžadovať strategickú víziu a medzidisciplinárny výhľad.

Dodala, že projekt poskytne postgraduálnym študentom SDSU príležitosť zúčastniť sa na multidisciplinárnom výskume „a vidieť, ako môžu koncepty rásť od obyčajných nápadov až po pilotnú demonštráciu“.

---

Čas odoslania: 17. apríla 2023