المصدر: NewsCenter

عناصر أرضية نادرة(ريس) مثللانثانوموالنيوديميومهي مكونات أساسية للإلكترونيات الحديثة ، من الهواتف المحمولة والألواح الشمسية إلى الأقمار الصناعية والسيارات الكهربائية. تحدث هذه المعادن الثقيلة من حولنا ، وإن كانت بكميات صغيرة. لكن الطلب لا يزال يرتفع ولأنه يحدث في هذه التركيزات المنخفضة ، فإن الطرق التقليدية لاستخراج REEs يمكن أن تكون غير فعالة ، ملوثة بيئيًا ، وتضر بصحة العمال.

الآن ، بتمويل من الميكروبات البيئية لوكالة المشاريع الأبحاث المتقدمة للدفاع (DARPA) كبرنامج لمورد الهندسة الحيوية (EMBER) ، يقوم باحثو جامعة ولاية سان دييغو بتطوير طرق استخراج متقدمة بهدف تعزيز الإمداد المحلي من REES.

وقالت عالم الأحياء والمحقق الرئيسي مارينا كاليوزنايا: "نحاول تطوير إجراء جديد للانتعاش وهو صديق للبيئة وأكثر استدامة".

للقيام بذلك ، سوف يستفيد الباحثون من الميل الطبيعي للبكتيريا المستهلكة للميثان التي تعيش في ظروف قاسية لالتقاط ريس من البيئة.

وقال كاليوزنايا: "إنهم يتطلبون عناصر أرضية نادرة صنع أحد ردود الفعل الأنزيمية الرئيسية في مسارات التمثيل الغذائي".

تشمل REES العديد من عناصر اللانثانيد في الجدول الدوري. بالتعاون مع جامعة كاليفورنيا وبيركلي ومختبر باسيفيك الشمالي الغربي الوطني (PNNL) ، يخطط باحثو SDSU لعكس العمليات البيولوجية التي تسمح للبكتيريا بحصاد المعادن من البيئة. سيقوم فهم هذه العملية بإبلاغ إنشاء بروتينات مصممة اصطناعية ترتبط بخصوصية عالية لأنواع مختلفة من اللانثانيدات ، وفقًا لما ذكره عالم الكيمياء الحيوية جون لوف. سيحدد فريق PNNL المحددات الوراثية للبكتيريا المتطرفة وتراكم REE ، ثم يميز امتصاصهم.

وقال الحب بعد ذلك سيقوم الفريق بتعديل البكتيريا لإنتاج البروتينات المرتبطة بالمعادن على سطح خلاياهم.

REES وفيرة نسبيا في مخلفات المناجم ، فإن منتجات النفايات لبعض الخامات المعدنية ، مثل الألومنيوم.

وقال كاليوزنايا: "مخلفات المناجم هي في الواقع مضيعة لا تزال لديها الكثير من المواد المفيدة فيه".

لتنقية وجمع REES داخل ، سيتم تشغيل هذه الصخور المائية والصخور المسحوقة عبر مرشح حيوي يحتوي على البكتيريا المعدلة ، مما يسمح للبروتينات المصممة على سطح البكتيريا بربط REES بشكل انتقائي. مثل البكتيريا المحبة للميثان التي كانت بمثابة قوالبها ، فإن البكتيريا المحسنة سوف تتسامح مع أقصى درجات الرقم الهيدروجيني ودرجة الحرارة والملوحة ، والظروف الموجودة في مخلفات المناجم.

سيتعاون الباحثون مع شريك في الصناعة ، مركز بالو ألتو للأبحاث (PARC) ، وهي شركة Xerox ، إلى Bioprint مادة مسامية وممتازة لاستخدامها في التصفية الحيوية. تقنية الطباعة الحيوية هذه منخفضة التكلفة وقابلة للتطوير ، ومن المتوقع أن تؤدي إلى وفورات كبيرة عند تطبيقها على نطاق واسع على الانتعاش المعدني.

بالإضافة إلى اختبار التحليل الحيوي وتحسينه ، سيتعين على الفريق أيضًا تطوير أساليب لجمع اللانثانيدات المنقى من المرشح الحيوي نفسه ، وفقًا للمهندس البيئي كريستي ديكسترا. تعاون الباحثون مع شركة بدء التشغيل ، Phoenix Tailings ، لاختبار وصقل عملية الاسترداد.

لأن الهدف من ذلك هو تطوير عملية قابلة للتطبيق تجاريًا ولكنها صديقة للبيئة لاستخراج REES و Dykstra والعديد من شركاء المشروع سيقومون بتحليل تكاليف النظام مقارنة بالتقنيات الأخرى لاستعادة اللانثانيدات ، وأيضًا التأثير البيئي.

وقال دايكسترا: "نحن نتوقع أن يكون لها الكثير من الفوائد بيئيًا وخفض تكاليف الطاقة مقارنة بما يتم استخدامه حاليًا". "سيكون نظام مثل هذا أكثر من نظام ترشيح حيوي سلبي ، مع مدخلات أقل طاقة. ثم ، من الناحية النظرية ، أقل استخدامًا للمذيبات الضارة بالبيئة وأشياء من هذا القبيل. ستستخدم الكثير من العمليات الحالية مذيبات قاسية وغير ودية حقًا. "

يلاحظ Dykstra أيضًا أنه نظرًا لأن البكتيريا تكرر نفسها ، فإن التقنيات القائمة على الميكروب هي تجديد ذاتيًا ، "بينما إذا كنا نستخدم طريقة كيميائية ، فسيتعين علينا أن ننتج باستمرار المزيد والمزيد من المواد الكيميائية."

وقال كاليوزنايا: "حتى لو كان يكلف أكثر قليلاً ، لكنه لا يضر بالبيئة ، فهذا سيكون له معنى".

الهدف من مشروع DARPA الممولة من DARPA هو توفير إثبات مفهوم تقنية Ree-Recovery التي تعتمد على الحيوي منذ أربع سنوات ، والتي قال Kalyuzhnaya ستتطلب رؤية استراتيجية وتوقعات متعددة التخصصات.

وأضافت أن المشروع سيوفر لطلاب الدراسات العليا SDSU الفرصة للمشاركة في الأبحاث متعددة التخصصات "ومعرفة كيف يمكن أن تنمو المفاهيم من الأفكار فقط على طول الطريق إلى التوضيح التجريبي".

---

وقت النشر: أبريل -17-2023