Zdroj: NewsCenter

Prvky vzácných zemin(Rees) jakoLanthanumaNeodymiumjsou základní součásti moderní elektroniky, od mobilních telefonů a solárních panelů po satelity a elektrická vozidla. Tyto těžké kovy se vyskytují všude kolem nás, i když v malém množství. Poptávka se však stále roste a protože se vyskytují v tak nízkých koncentracích, tradiční metody extrakce REE mohou být neefektivní, znečišťující životní prostředí a škodlivé pro zdraví pracovníků.

Nyní, s financováním z oblasti Environmentálních mikrobů pro environmentální agenturu pro výzkum agentury DARPA jako bioinženýrským zdrojem (EMBER), vědci z San Diego State University vyvíjejí pokročilé metody extrakce s cílem posílit domácí nabídku rees.

"Snažíme se vyvinout nový postup pro zotavení, který je šetrný k životnímu prostředí a udržitelnější," řekla biologka a hlavní vyšetřovatelka Marina Kalyuzhnaya.

Za tímto účelem se vědci zapojí do přirozeného sklonu bakterií náročných na metan žijící v extrémních podmínkách, aby zachytili REE z životního prostředí.

"Vyžadují prvky vzácných zemin, aby vytvořily jednu z klíčových enzymatických reakcí ve svých metabolických drahách," řekl Kalyuzhnaya.

Rees zahrnuje mnoho lanthanidových prvků periodické tabulky. Ve spolupráci s University of California, Berkeley a Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) vědci SDSU plánují zvrátit biologické procesy, které umožňují bakteriím sklízet kovy z životního prostředí. Pochopení tohoto procesu bude informovat o vytvoření syntetických návrhářských proteinů, které se vážou s vysokou specifičností s různými typy lanthanidů, podle biochemika Johna Love. Tým PNNL identifikuje genetické determinanty extrémofilních a REE akumulačních bakterií a poté charakterizuje jejich absorpci REE.

Tým poté upraví bakterie tak, aby produkovaly proteiny vázající kov na povrchu svých buněk, řekla láska.

REE jsou relativně hojné v důlních ocasu, odpadní produkty některých kovových rud, jako je hliník.

"Dýhojové koncovky jsou ve skutečnosti odpad, který má stále mnoho užitečných materiálů," řekl Kalyuzhnaya.

Pro čištění a sbírání REE uvnitř budou tyto kalivy vody a drcené horniny protékat biofiltrem obsahujícím modifikované bakterie, což umožní návrhářským proteinům na povrchu bakterií se selektivně vázat na REE. Stejně jako bakterie milující metan, které sloužily jako jejich šablony, budou zlepšené bakterie tolerovat extrémy pH, teploty a slanosti, což je podmínky nalezené v dolních osuch.

Vědci budou spolupracovat s průmyslovým partnerem Palo Alto Research Center (PARC), společností Xerox, na bioprint porézní, sorbent materiál pro použití v biofilteru. Tato technologie bioprintingu je nízkonákladová a škálovatelná a předpokládá se, že bude mít za následek významné úspory, když je široce aplikována na zotavení minerálů.

Podle environmentálního inženýra Christy Dykstra bude kromě testování a optimalizace biofilteru také tým vyvinout metody pro sběr purifikovaných lanthanidů ze samotného biofilteru. Vědci se spojili s startup společností Phoenix Tailings, aby otestovali a zdokonalovali proces obnovy.

Vzhledem k tomu, že cílem je vyvinout komerčně životaschopný, ale šetrný k životnímu prostředí pro extrakci REES, Dykstra a několik partnerů projektu analyzují náklady systému ve srovnání s jinými technologiemi pro získávání lanthanidů, ale také dopadu na životní prostředí.

"Předpokládáme, že by ve srovnání s tím, co se v současné době používá, bude mít mnoho výhod ekologicky a nižších nákladů na energii," řekl Dykstra. „Systém, jako je tento, by byl spíše pasivním biofiltračním systémem, s menšími vstupy energie. A pak, teoreticky, menší použití skutečně ekologicky škodlivých rozpouštědel a podobných věcí. Mnoho současných procesů bude používat opravdu drsná a netrpělivě přátelská rozpouštědla. “

Dykstra také poznamenává, že od doby, kdy se bakterie replikují, se technologie založené na mikrobech samy obnoví: „Zatímco pokud bychom měli používat chemickou metodu, museli bychom neustále produkovat stále více chemické.“

"I když to bude stát trochu víc, ale nepoškodí to životní prostředí, to by mělo smysl," řekl Kalyuzhnaya.

Cílem projektu financovaného DARPA je poskytnout důkaz konceptu technologie Ree-Reecovery v oblasti biologicky řízeného za čtyři roky, což Kalyuzhnaya uvedl, že bude vyžadovat strategickou vizi a křížový disciplinární výhled.

Dodala, že projekt poskytne postgraduální studentům SDSU příležitost účastnit se multidisciplinárního výzkumu „a zjistit, jak mohou koncepty růst z pouhých nápadů až k pilotní demonstraci“.

---

Čas příspěvku: APR-17-2023