źródło:Phys.org

Rzadkie metale ziem rzadkich pochodzące z rud są niezbędne do życia we współczesnym świecie, jednak ich rafinacja po wydobyciu jest kosztowna, szkodzi środowisku i najczęściej odbywa się za granicą.

Nowe badanie opisuje dowód koncepcji inżynierii bakterii Gluconobacter oxydans, która stanowi pierwszy duży krok w kierunku zaspokojenia gwałtownie rosnącego zapotrzebowania na pierwiastki ziem rzadkich w sposób, który dorównuje kosztom i wydajności tradycyjnym metodom ekstrakcji i rafinacji termochemicznej, a także jest na tyle czysty, że spełnia amerykańskie normy ochrony środowiska.

„Próbujemy opracować przyjazną dla środowiska metodę wydobywania pierwiastków ziem rzadkich ze skał, wykorzystującą niską temperaturę i niskie ciśnienie” – powiedział Buz Barstow, starszy autor artykułu i adiunkt na wydziale inżynierii biologicznej i środowiskowej na Uniwersytecie Cornella.

Pierwiastki te — których w układzie okresowym jest 15 — są niezbędne do wszystkiego, począwszy od komputerów, telefonów komórkowych, ekranów, mikrofonów, turbin wiatrowych, pojazdów elektrycznych i przewodników, a skończywszy na radarach, sonarach, światłach LED i akumulatorach.

Podczas gdy Stany Zjednoczone kiedyś rafinowały własne pierwiastki ziem rzadkich, produkcja ta ustała ponad pięć dekad temu. Obecnie rafinacja tych pierwiastków odbywa się niemal wyłącznie w innych krajach, szczególnie w Chinach.

„Większość produkcji i wydobycia pierwiastków ziem rzadkich znajduje się w rękach obcych narodów” — powiedział współautor Esteban Gazel, profesor nadzwyczajny nauk o Ziemi i atmosferze na Cornell. „Dlatego dla bezpieczeństwa naszego kraju i sposobu życia musimy wrócić na właściwe tory, aby kontrolować ten zasób”.

Aby pokryć roczne zapotrzebowanie USA na pierwiastki ziem rzadkich, do wydobycia 10 000 kilogramów (~22 000 funtów) pierwiastków potrzebnych byłoby około 71,5 miliona ton (~78,8 miliona ton) surowej rudy.

Obecne metody polegają na rozpuszczaniu skał gorącym kwasem siarkowym, a następnie użyciu rozpuszczalników organicznych w celu oddzielenia od siebie bardzo podobnych pojedynczych pierwiastków w roztworze.

„Chcemy znaleźć sposób na stworzenie owada, który będzie lepiej wykonywał tę pracę” – powiedział Barstow.

G. oxydans jest znany z wytwarzania kwasu zwanego biolixiviantem, który rozpuszcza skały; bakterie wykorzystują kwas do wyciągania fosforanów z pierwiastków ziem rzadkich. Naukowcy zaczęli manipulować genami G. oxydans, aby ekstrahować pierwiastki bardziej efektywnie.

Aby to zrobić, naukowcy wykorzystali technologię, którą Barstow pomógł opracować, zwaną Knockout Sudoku, która pozwoliła im wyłączyć 2733 geny w genomie G. oxydans jeden po drugim. Zespół wybrał mutanty, każdy z wyciętym konkretnym genem, aby mogli zidentyfikować geny odgrywające rolę w wydobywaniu pierwiastków ze skały.

„Jestem niesamowicie optymistyczny” – powiedział Gazel. „Mamy tutaj proces, który będzie bardziej wydajny niż cokolwiek, co było robione wcześniej”.

Alexa Schmitz, badaczka podoktorska w laboratorium Barstowa, jest pierwszą autorką badania „Gluconobacter oxydans Knockout Collection Finds Improved Rare Earth Element Extraction”, opublikowanego w czasopiśmie Nature Communications.

---

Czas publikacji: 04-07-2022