Font: NewsCenter

Elements de la Terra Rara(Rees) comlanthanumineodimisón components essencials de l’electrònica moderna, des de telèfons mòbils i plaques solars fins a satèl·lits i vehicles elèctrics. Aquests metalls pesants es produeixen al nostre voltant, tot i que en quantitats minúscules. Però la demanda continua augmentant i, perquè es produeixen en concentracions tan baixes, els mètodes tradicionals d’extracció de REES poden ser ineficients, contaminants ambientalment i perjudicials per a la salut dels treballadors.

Ara, amb el finançament de l’Agència de Projectes de Recerca Avançada de Defensa (DARPA) Microbis ambientals com a programa de recursos de bioenginyeria (EMBER), els investigadors de la Universitat de l’Estat de San Diego desenvolupen mètodes d’extracció avançats amb l’objectiu d’incrementar el subministrament nacional de REES.

"Estem intentant desenvolupar un nou procediment de recuperació que sigui respectuós amb el medi ambient i més sostenible", va dir la biòloga i investigadora principal Marina Kalyuzhnaya.

Per fer-ho, els investigadors aprofundiran en la propensió natural dels bacteris que consumeixen metà que viuen en condicions extremes per capturar Rees del medi ambient.

"Requereixen elements de la Terra Rare per fer una de les reaccions enzimàtiques clau en les seves vies metabòliques", va dir Kalyuzhnaya.

Els REES inclouen els molts elements de lantànids de la taula periòdica. En col·laboració amb la Universitat de Califòrnia, Berkeley i Pacific Northwest National Laboratory (PNNL), els investigadors de la SDSU tenen previst revertir els processos biològics que permeten als bacteris collir els metalls del medi ambient. Comprendre aquest procés informarà la creació de proteïnes de dissenyador sintètic que s’uneixen amb una alta especificitat a diferents tipus de lantànids, segons el bioquímic John Love. L’equip de PNNL identificarà els determinants genètics dels bacteris extremòfils i REE, i després caracteritzarà la seva captació de REE.

L’equip modificarà els bacteris per produir les proteïnes d’unió al metall a la superfície de les seves cèl·lules, va dir Love.

Els REE són relativament abundants en les cues de les mines, els residus d'alguns minerals metàl·lics, com l'alumini.

"Les cues de les meves són realment residus que encara hi ha molts materials útils", va dir Kalyuzhnaya.

Per purificar i recollir els REES dins, aquests purins d’aigua i roques triturades s’executaran a través d’un biofiltre que conté els bacteris modificats, permetent que les proteïnes dissenyadores a la superfície dels bacteris s’uneixin selectivament a la REES. Igual que els bacteris amants del metà que servien com a plantilles, els bacteris millorats toleraran els extrems de pH, temperatura i salinitat, condicions que es troben a les cues de la mina.

Els investigadors col·laboraran amb un soci de la indústria, Palo Alto Research Center (PARC), una empresa Xerox, per bioprint un material porós i sorbent per utilitzar -lo en el biofilter. Aquesta tecnologia de bioprintatge és de baix cost i escalable i es preveu que es produeixi un estalvi important quan s’aplica àmpliament a la recuperació de minerals.

A més de provar i optimitzar el biofilter, l'equip també haurà de desenvolupar mètodes per recollir els lantànids purificats del propi biofilter, segons l'enginyer ambiental Christy Dykstra. Els investigadors s’han unit amb una empresa d’inici, Phoenix Tailings, per provar i perfeccionar el procés de recuperació.

Com que l’objectiu és desenvolupar un procés comercialment viable però respectuós amb el medi ambient per extreure REES, Dykstra i diversos socis del projecte analitzaran els costos del sistema en comparació amb altres tecnologies per recuperar Lanthanides, però també l’impacte ambiental.

"Preveiem que tindria molts beneficis amb el medi ambient i els costos energètics més baixos en comparació amb el que s'utilitza actualment", va dir Dykstra. "Un sistema com aquest seria més que un sistema de biofiltració passiu, amb menys entrades d'energia. I després, teòricament, menys ús de dissolvents realment nocius ambientals i coses així. Molts processos actuals utilitzaran dissolvents realment durs i no ambientals. "

Dykstra també assenyala que, com que els bacteris es repliquen, les tecnologies basades en microbis són auto-renovar-se, "mentre que si utilitzéssim un mètode químic, hauríem de produir contínuament cada cop més químics."

"Fins i tot si costarà una mica més, però no perjudica el medi ambient, això tindria sentit", va dir Kalyuzhnaya.

L’objectiu del projecte finançat per DARPA és proporcionar proves de concepte de la tecnologia de recuperació de REE basada en bio en quatre anys, que Kalyuzhnaya va dir que requerirà una visió estratègica i una perspectiva transversal.

Va afegir que el projecte proporcionarà als estudiants graduats de SDSU l'oportunitat de participar en investigacions multidisciplinàries "i veure com els conceptes poden créixer des de les idees fins a la demostració pilotats".

---

Hora de publicació: 17-2023 d'abril