source:newscenter

Rare earth elements(REEs) tulad nglanthanumatneodymiumay mahahalagang bahagi ng modernong electronics, mula sa mga cell phone at solar panel hanggang sa mga satellite at de-kuryenteng sasakyan. Ang mga mabibigat na metal na ito ay nangyayari sa ating paligid, kahit na sa maliliit na dami. Ngunit patuloy na tumataas ang demand at dahil nangyayari ang mga ito sa mababang konsentrasyon, ang mga tradisyunal na paraan ng pagkuha ng mga REE ay maaaring hindi mabisa, nakakadumi sa kapaligiran, at nakakasama sa kalusugan ng mga manggagawa.

Ngayon, sa pagpopondo mula sa Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) Environmental Microbes bilang isang BioEngineering Resource (EMBER) program, ang mga mananaliksik ng San Diego State University ay bumubuo ng mga advanced na paraan ng pagkuha na may layuning palakasin ang domestic supply ng REEs.

"Sinusubukan naming bumuo ng isang bagong pamamaraan para sa pagbawi na kung saan ay environment friendly at mas napapanatiling," sabi ng biologist at punong imbestigador na si Marina Kalyuzhnaya.

Upang gawin ito, ang mga mananaliksik ay mag-tap sa natural na propensity ng methane-consuming bacteria na naninirahan sa matinding mga kondisyon upang makuha ang mga REE mula sa kapaligiran.

"Kinakailangan nila ang mga bihirang elemento ng lupa upang makagawa ng isa sa mga pangunahing reaksyon ng enzymatic sa kanilang mga metabolic pathway," sabi ni Kalyuzhnaya.

Kasama sa mga REE ang maraming elemento ng lanthanide ng periodic table. Sa pakikipagtulungan sa University of California, Berkeley at Pacific Northwest National Laboratory (PNNL), plano ng mga mananaliksik ng SDSU na i-reverse engineer ang mga biological na proseso na nagpapahintulot sa bakterya na anihin ang mga metal mula sa kapaligiran. Ang pag-unawa sa prosesong ito ay magpapaalam sa paglikha ng mga sintetikong protina ng taga-disenyo na nagbubuklod na may mataas na pagtitiyak sa iba't ibang uri ng lanthanides, ayon sa biochemist na si John Love. Tutukuyin ng pangkat ng PNNL ang mga genetic determinants ng extremophilic at REE accumulating bacteria, at pagkatapos ay ilalarawan ang kanilang REE uptake.

Pagkatapos ay babaguhin ng koponan ang bakterya upang makagawa ng mga protina na nagbubuklod ng metal sa ibabaw ng kanilang mga selula, sabi ni Love.

Ang mga REE ay medyo sagana sa mga tailing ng minahan, ang mga basurang produkto ng ilang mga metal ores, tulad ng aluminyo.

"Ang mga tailing ng minahan ay talagang basura na mayroon pa ring maraming kapaki-pakinabang na materyales dito," sabi ni Kalyuzhnaya.

Upang linisin at kolektahin ang mga REE sa loob, ang mga slurries ng tubig at mga durog na bato na ito ay tatakbo sa pamamagitan ng isang biofilter na naglalaman ng binagong bacteria, na nagpapahintulot sa mga designer na protina sa ibabaw ng bacteria na piliing magbigkis sa mga REE. Tulad ng methane-loving bacteria na nagsilbing kanilang mga template, ang pinabuting bacteria ay magtitiis sa sukdulan ng pH, temperatura at kaasinan, mga kondisyon na makikita sa mga tailing ng minahan.

Ang mga mananaliksik ay makikipagtulungan sa isang kasosyo sa industriya, ang Palo Alto Research Center (PARC), isang kumpanya ng Xerox, upang mag-bioprint ng isang buhaghag, sorbent na materyal para gamitin sa biofilter. Ang teknolohiyang bioprinting na ito ay mura at nasusukat at inaasahang magreresulta sa makabuluhang pagtitipid kapag malawak na inilapat sa pagbawi ng mineral.

Bilang karagdagan sa pagsubok at pag-optimize ng biofilter, kakailanganin din ng koponan na bumuo ng mga pamamaraan para sa pagkolekta ng purified lanthanides mula sa biofilter mismo, ayon sa environmental engineer na si Christy Dykstra. Ang mga mananaliksik ay nakipagtulungan sa isang startup na kumpanya, ang Phoenix Tailings, upang subukan at pinuhin ang proseso ng pagbawi.

Dahil ang layunin ay upang bumuo ng isang komersyal na mabubuhay ngunit environment friendly na proseso para sa pagkuha ng REEs, Dykstra at ilang mga kasosyo sa proyekto ay susuriin ang mga gastos ng system kumpara sa iba pang mga teknolohiya para sa pagbawi ng lanthanides, ngunit gayundin ang epekto sa kapaligiran.

"Inaasahan namin na magkakaroon ito ng maraming benepisyo sa kapaligiran at mas mababang gastos sa enerhiya kumpara sa kasalukuyang ginagamit," sabi ni Dykstra. "Ang isang sistemang tulad nito ay higit pa sa isang passive biofiltration system, na may mas kaunting mga input ng enerhiya. At pagkatapos, sa teorya, mas kaunting paggamit ng mga talagang nakakapinsalang solvent at mga bagay na katulad niyan. Maraming kasalukuyang proseso ang gagamit ng talagang malupit at hindi nakaka-environmental na mga solvent."

Sinabi rin ng Dykstra na dahil ginagaya ng bakterya ang kanilang mga sarili, ang mga teknolohiyang nakabatay sa mikrobyo ay nagpapanibago sa sarili, "samantalang kung gagamit tayo ng kemikal na paraan, kailangan nating patuloy na gumawa ng mas maraming kemikal."

"Kahit na ito ay nagkakahalaga ng kaunti pa, ngunit hindi ito makapinsala sa kapaligiran, iyon ay makatuwiran," sabi ni Kalyuzhnaya.

Ang layunin ng proyektong pinondohan ng DARPA ay magbigay ng proof-of-concept ng bio-driven na REE-recovery technology sa loob ng apat na taon, na sinabi ni Kalyuzhnaya na mangangailangan ng strategic vision at cross-disciplinary outlook.

Idinagdag niya na ang proyekto ay magbibigay sa mga mag-aaral na nagtapos ng SDSU ng pagkakataong lumahok sa multidisciplinary na pananaliksik "at makita kung paano lumago ang mga konsepto mula sa mga ideya lamang hanggang sa pilot demonstration."

---

Oras ng post: Abr-17-2023