Fuente: NewsCenter

Elementos de tierras raras(Rees) comolantanoyneodimioson componentes esenciales de la electrónica moderna, desde teléfonos celulares y paneles solares hasta satélites y vehículos eléctricos. Estos metales pesados ​​ocurren a nuestro alrededor, aunque en pequeñas cantidades. Pero la demanda continúa aumentando y, debido a que ocurren en tan bajas concentraciones, los métodos tradicionales para extraer REE pueden ser ineficientes, contaminantes ambientalmente y perjudiciales para la salud de los trabajadores.

Ahora, con fondos del programa ambiental de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA) como un programa de recursos de bioingeniería (Ember), los investigadores de la Universidad Estatal de San Diego están desarrollando métodos de extracción avanzados con el objetivo de impulsar el suministro nacional de REES.

"Estamos tratando de desarrollar un nuevo procedimiento para la recuperación que sea ecológico y más sostenible", dijo la bióloga e investigadora principal Marina Kalyuzhnaya.

Para hacer esto, los investigadores aprovecharán la propensión natural de las bacterias que consumen metano que viven en condiciones extremas para capturar REE del medio ambiente.

"Requieren elementos de tierras raras para hacer una de las reacciones enzimáticas clave en sus vías metabólicas", dijo Kalyuzhnaya.

Los REE incluyen los muchos elementos de lantánidos de la tabla periódica. En colaboración con el Laboratorio Nacional del Noroeste de la Universidad de California, Berkeley y el Pacífico del Noroeste (PNNL), los investigadores de SDSU planean revertir la ingeniería de los procesos biológicos que permiten a las bacterias cosechar los metales del medio ambiente. Comprender este proceso informará la creación de proteínas de diseñador sintética que se unen con alta especificidad a diferentes tipos de lantánidos, según el bioquímico John Love. El equipo de PNNL identificará los determinantes genéticos de las bacterias extremasfílicas y acumuladas de REE, y luego caracterizará su absorción de REE.

Luego, el equipo modificará las bacterias para producir las proteínas de unión al metal en la superficie de sus células, dijo Love.

Los RE son relativamente abundantes en los relaves de minas, los productos de desecho de algunos minerales de metal, como el aluminio.

"Los relaves de la mina son realmente residuos que todavía tienen muchos materiales útiles", dijo Kalyuzhnaya.

Para purificar y recolectar los REE dentro, estas lloses de agua y rocas trituradas se ejecutarán a través de un biopelícula que contiene las bacterias modificadas, lo que permite que las proteínas del diseñador en la superficie de la bacteria se unan selectivamente a los REE. Al igual que las bacterias amantes del metano que sirvieron como sus plantillas, las bacterias mejoradas tolerarán extremos de pH, temperatura y salinidad, condiciones que se encuentran en los relaves de la mina.

Los investigadores colaborarán con un socio de la industria, el Centro de Investigación Palo Alto (PARC), una compañía Xerox, para bioprender un material poroso y sorbente para su uso en el biopelícula. Esta tecnología de bioimpresión es de bajo costo y escalable y se proyecta que resulte en ahorros significativos cuando se aplica ampliamente a la recuperación mineral.

Además de probar y optimizar el biopelículas, el equipo también tendrá que desarrollar métodos para recolectar los lantánidos purificados del biofiltro en sí, según el ingeniero ambiental Christy Dykstra. Los investigadores se han asociado con una empresa startup, Phoenix Tailings, para probar y refinar el proceso de recuperación.

Debido a que el objetivo es desarrollar un proceso comercialmente viable pero respetuoso con el medio ambiente para extraer REES, Dykstra y varios de los socios del proyecto analizarán los costos del sistema en comparación con otras tecnologías para recuperar lantánidos, pero también el impacto ambiental.

"Anticipamos que tendría muchos beneficios ambientalmente y menores costos de energía en comparación con lo que se usa actualmente", dijo Dykstra. “Un sistema como este sería más un sistema de biofiltración pasivo, con menos entradas de energía. Y luego, en teoría, menos uso de solventes realmente dañinos y cosas por el medio ambiente. Muchos procesos actuales utilizarán solventes realmente duros y no ambientalmente amigables ".

Dykstra también señala que, dado que las bacterias se replican, las tecnologías basadas en microbios son autónomos, "mientras que si tuviéramos que usar un método químico, tendríamos que producir continuamente cada vez más químicos".

"Incluso si costará un poco más, pero no daña el medio ambiente, eso tendría sentido", dijo Kalyuzhnaya.

El objetivo del proyecto financiado por DARPA es proporcionar una prueba de concepto de la tecnología de recuperación de REE biodorbitada en cuatro años, que Kalyuzhnaya dijo que requerirá una visión estratégica y una perspectiva interdisciplinaria.

Agregó que el proyecto brindará a los estudiantes de posgrado de SDSU la oportunidad de participar en la investigación multidisciplinaria "y ver cómo los conceptos pueden crecer desde ideas justas hasta la demostración piloto".

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Tiempo de publicación: abril-17-2023