извор:невсцентер

Ретки земљани елементи(РЕЕс) каолантанинеодимијумсу основне компоненте модерне електронике, од мобилних телефона и соларних панела до сателита и електричних возила. Ови тешки метали се налазе свуда око нас, иако у малим количинама. Али потражња наставља да расте и пошто се јављају у тако ниским концентрацијама, традиционалне методе екстракције РЕЕ могу бити неефикасне, загађују животну средину и штетне по здравље радника.

Сада, уз финансирање програма Енвиронментал Мицробес ас а БиоЕнгинееринг Ресоурце (ЕМБЕР) Агенције за напредна истраживања у области одбране (ДАРПА), истраживачи са Државног универзитета у Сан Дијегу развијају напредне методе екстракције са циљем да повећају домаћу понуду РЕЕ.

„Покушавамо да развијемо нову процедуру за опоравак која је еколошки прихватљива и одрживија“, рекла је биолог и главни истраживач Марина Каљужнаја.

Да би то урадили, истраживачи ће искористити природну склоност бактерија које троше метан и живе у екстремним условима да ухвате РЕЕ из околине.

„Њима су потребни елементи ретких земаља да направе једну од кључних ензимских реакција у њиховим метаболичким путевима“, рекла је Каљужнаја.

РЕЕ укључују многе елементе лантанида периодног система. У сарадњи са Универзитетом Калифорније, Берклијем и Националном лабораторијом Пацифик северозапад (ПННЛ), истраживачи СДСУ планирају да обрну инжењеринг биолошких процеса који омогућавају бактеријама да сакупљају метале из околине. Разумевање овог процеса ће омогућити стварање синтетичких дизајнерских протеина који се везују са високом специфичношћу за различите врсте лантанида, каже биохемичар Џон Лав. Тим ПННЛ-а ће идентификовати генетске детерминанте екстремофилних и бактерија које акумулирају РЕЕ, а затим ће окарактерисати њихов унос РЕЕ.

Тим ће затим модификовати бактерије да производе протеине који везују метал на површини њихових ћелија, рекао је Лове.

РЕЕ су релативно богате у рударској јаловини, отпадним производима неких металних руда, као што је алуминијум.

„Рудничка јаловина је заправо отпад у коме још увек има много корисних материјала“, рекла је Каљужнаја.

Да би се пречистили и сакупили РЕЕ унутар њих, ове суспензије воде и дробљеног камења ће се проћи кроз биофилтер који садржи модификоване бактерије, омогућавајући дизајнерским протеинима на површини бактерија да се селективно вежу за РЕЕ. Као и бактерије које воле метан које су им служиле као шаблони, побољшане бактерије ће толерисати екстремне пХ вредности, температуре и салинитета, услове који се налазе у јаловини рудника.

Истраживачи ће сарађивати са индустријским партнером, Истраживачким центром Пало Алто (ПАРЦ), компанијом Ксерок, како би биоштампали порозни, сорбентни материјал за употребу у биофилтеру. Ова технологија биоштампа је јефтина и скалабилна и предвиђа се да ће резултирати значајним уштедама када се широко примењује на опоравак минерала.

Поред тестирања и оптимизације биофилтера, тим ће такође морати да развије методе за сакупљање пречишћених лантанида из самог биофилтера, каже инжењерка животне средине Цхристи Дикстра. Истраживачи су се удружили са стартап компанијом, Пхоеник Таилингс, како би тестирали и усавршили процес опоравка.

Пошто је циљ развој комерцијално одрживог, али еколошки прихватљивог процеса за екстракцију РЕЕ, Дикстра и неколико пројектних партнера ће анализирати трошкове система у поређењу са другим технологијама за обнављање лантанида, али и утицај на животну средину.

„Очекујемо да ће имати много користи за животну средину и ниже трошкове енергије у поређењу са оним што се тренутно користи“, рекао је Дикстра. „Овакав систем би био више пасивни систем биофилтрације, са мањим уносом енергије. А онда, теоретски, мања употреба стварно еколошки штетних растварача и сличних ствари. Многи тренутни процеси ће користити заиста оштре раствараче који нису еколошки прихватљиви."

Дикстра такође напомиње да се, пошто се бактерије размножавају, технологије засноване на микробима самообнављају, „док ако бисмо користили хемијски метод, морали бисмо стално да производимо све више и више хемикалија.

„Чак и ако ће коштати мало више, али не штети животној средини, то би имало смисла“, рекла је Каљужнаја.

Циљ пројекта који финансира ДАРПА је да обезбеди доказ концепта технологије опоравка РЕЕ на био-погон за четири године, за коју је Каљужнаја рекла да ће захтевати стратешку визију и међудисциплинарни поглед.

Она је додала да ће пројекат омогућити дипломираним студентима СДСУ-а да учествују у мултидисциплинарном истраживању „и виде како концепти могу да прерасту од само идеја све до пилот демонстрације“.

---

Време поста: 17. април 2023