källa: Phys.org

Sällsynta jordartsmetaller från malm är avgörande för det moderna livet, men att förädla dem efter gruvdrift är kostsamt, skadar miljön och sker mestadels utomlands.

En ny studie beskriver ett principbevis för att konstruera en bakterie, Gluconobacter oxydans, som tar ett stort första steg mot att möta den skyhöga efterfrågan på sällsynta jordartsmetaller på ett sätt som matchar kostnaden och effektiviteten för traditionella termokemiska utvinnings- och förfiningsmetoder och är tillräckligt ren för att uppfyller amerikanska miljöstandarder.

"Vi försöker komma på en miljövänlig, lågtemperatur- och lågtrycksmetod för att få ut sällsynta jordartsmetaller ur en sten", säger Buz Barstow, tidningens seniorförfattare och biträdande professor i biologisk och miljöteknik vid Cornell University.

Elementen – varav det finns 15 i det periodiska systemet – är nödvändiga för allt från datorer, mobiltelefoner, skärmar, mikrofoner, vindkraftverk, elfordon och ledare till radarer, ekolod, LED-lampor och uppladdningsbara batterier.

Medan USA en gång förfinade sina egna sällsynta jordartsmetaller, stoppade produktionen för mer än fem decennier sedan. Nu sker förfining av dessa element nästan uteslutande i andra länder, särskilt Kina.

"Majoriteten av produktionen och utvinningen av sällsynta jordartsmetaller är i händerna på främmande nationer", säger medförfattaren Esteban Gazel, docent i jord- och atmosfärsvetenskap vid Cornell. "Så för säkerheten i vårt land och vårt sätt att leva måste vi komma tillbaka på rätt spår för att kontrollera den resursen."

För att möta USA:s årliga behov av sällsynta jordartsmetaller, skulle ungefär 71,5 miljoner ton (~78,8 miljoner ton) rå malm krävas för att utvinna 10 000 kg (~22 000 pund) av grundämnen.

Nuvarande metoder förlitar sig på att lösa sten med varm svavelsyra, följt av att använda organiska lösningsmedel för att separera mycket lika enskilda element från varandra i en lösning.

"Vi vill komma på ett sätt att göra en bugg som gör det jobbet bättre," sa Barstow.

G. oxydans är känd för att göra en syra som kallas biolixiviant som löser upp sten; bakterierna använder syran för att dra fosfater från sällsynta jordartsmetaller. Forskarna har börjat manipulera G. oxydans gener så att den extraherar grundämnena mer effektivt.

För att göra det använde forskarna en teknik som Barstow hjälpte till att utveckla, kallad Knockout Sudoku, som gjorde att de kunde inaktivera de 2 733 generna i G. oxydans genom en efter en. Teamet kurerade mutanter, var och en med en specifik gen utslagen, så att de kunde identifiera vilka gener som spelar roll för att få ut element ur stenen.

"Jag är otroligt optimistisk," sa Gazel. "Vi har en process här som kommer att bli mer effektiv än något som har gjorts tidigare."

Alexa Schmitz, en postdoktor i Barstows labb, är första författare till studien, "Gluconobacter oxydans Knockout Collection Finds Improved Rare Earth Element Extraction", publicerad i Nature Communications.

---

Posttid: 19 november 2021