vir: newscenter

Elementi redkih zemelj(REE) všečlantaninneodimso bistveni sestavni deli sodobne elektronike, od mobilnih telefonov in sončnih kolektorjev do satelitov in električnih vozil. Te težke kovine se pojavljajo povsod okoli nas, čeprav v majhnih količinah. Toda povpraševanje še naprej narašča in ker se pojavljajo v tako nizkih koncentracijah, so lahko tradicionalne metode pridobivanja REE neučinkovite, onesnažujejo okolje in škodijo zdravju delavcev.

Zdaj, s financiranjem programa Agencije za napredne obrambne raziskovalne projekte (DARPA) Okoljski mikrobi kot vir bioinženiringa (EMBER), raziskovalci San Diego State University razvijajo napredne ekstrakcijske metode z namenom povečanja domače ponudbe REE.

"Poskušamo razviti nov postopek za predelavo, ki je okolju prijazen in bolj trajnosten," je povedala biologinja in glavna raziskovalka Marina Kalyuzhnaya.

Da bi to naredili, bodo raziskovalci izkoristili naravno nagnjenost bakterij, ki uživajo metan, ki živijo v ekstremnih razmerah, da zajamejo REE iz okolja.

"Potrebujejo redke zemeljske elemente, da izvedejo eno ključnih encimskih reakcij v svojih presnovnih poteh," je dejala Kalyuzhnaya.

REE vključujejo številne lantanidne elemente periodnega sistema. V sodelovanju s kalifornijsko univerzo Berkeley in pacifiškim severozahodnim nacionalnim laboratorijem (PNNL) raziskovalci SDSU načrtujejo obratni inženiring bioloških procesov, ki bakterijam omogočajo pridobivanje kovin iz okolja. Razumevanje tega procesa bo spodbudilo ustvarjanje sintetičnih oblikovalskih proteinov, ki se z visoko specifičnostjo vežejo na različne vrste lantanidov, pravi biokemik John Love. Ekipa PNNL bo identificirala genetske determinante ekstremofilnih bakterij in bakterij, ki kopičijo REE, in nato opisala njihov vnos REE.

Ekipa bo nato spremenila bakterije, da bodo proizvajale beljakovine, ki vežejo kovine, na površini svojih celic, je dejal Love.

REE je razmeroma veliko v rudniški jalovini, odpadnih produktih nekaterih kovinskih rud, kot je aluminij.

"Rudniški jal je pravzaprav odpadek, v katerem je še vedno veliko uporabnih materialov," je dejala Kaljužnaja.

Za čiščenje in zbiranje REE v notranjosti bodo te mešanice vode in zdrobljenih kamnin šle skozi biofilter, ki bo vseboval modificirane bakterije, kar bo oblikovalskim beljakovinam na površini bakterij omogočilo, da se selektivno vežejo na REE. Tako kot bakterije, ki ljubijo metan in so jim služile kot predloge, bodo izboljšane bakterije prenašale skrajne vrednosti pH, temperature in slanosti, pogojev, ki jih najdemo v jalovini rudnika.

Raziskovalci bodo sodelovali z industrijskim partnerjem, raziskovalnim centrom Palo Alto (PARC), podjetjem Xerox, pri biotisku poroznega vpijajočega materiala za uporabo v biofiltru. Ta tehnologija biološkega tiskanja je poceni in razširljiva ter naj bi povzročila znatne prihranke, če se na splošno uporablja za pridobivanje mineralov.

Poleg testiranja in optimizacije biofiltra bo morala ekipa razviti tudi metode za zbiranje prečiščenih lantanidov iz samega biofiltra, pravi okoljski inženir Christy Dykstra. Raziskovalci so se združili s startup podjetjem Phoenix Tailings, da bi preizkusili in izboljšali postopek predelave.

Ker je cilj razviti komercialno uspešen, a okolju prijazen postopek za pridobivanje REE, bodo Dykstra in več projektnih partnerjev analizirali stroške sistema v primerjavi z drugimi tehnologijami za pridobivanje lantanidov, pa tudi vpliv na okolje.

"Predvidevamo, da bo imelo veliko okoljskih koristi in nižje stroške energije v primerjavi s tem, kar se trenutno uporablja," je dejal Dykstra. »Tak sistem bi bil bolj pasivni biofiltracijski sistem z manj vložki energije. In potem, teoretično, manj uporabe res okolju škodljivih topil in podobnih stvari. Številni trenutni procesi bodo uporabljali res ostra in okolju neškodljiva topila.«

Dykstra tudi ugotavlja, da se bakterije, ki se razmnožujejo, tehnologije, ki temeljijo na mikrobih, samoobnavljajo, "medtem ko bi morali uporabiti kemično metodo, bi morali nenehno proizvajati vedno več kemikalij."

"Tudi če bo stalo malo več, a ne bo škodovalo okolju, bi bilo to smiselno," je dejala Kaljužnaja.

Cilj projekta, ki ga financira DARPA, je v štirih letih zagotoviti dokaz o konceptu tehnologije pridobivanja REE na biološkem pogonu, za kar je Kalyuzhnaya dejala, da bo zahteval strateško vizijo in meddisciplinarni pogled.

Dodala je, da bo projekt podiplomskim študentom SDSU ponudil priložnost, da sodelujejo v multidisciplinarnem raziskovanju "in vidijo, kako lahko koncepti zrastejo od samih idej vse do pilotne demonstracije."

---

Čas objave: 17. aprila 2023