Source: NewsCenter

Éléments de terres rares(Rees) commelanthaneetnéodymesont des composants essentiels de l'électronique moderne, des téléphones portables et des panneaux solaires aux satellites et aux véhicules électriques. Ces métaux lourds se produisent tout autour de nous, mais en petites quantités. Mais la demande continue d'augmenter et parce qu'elles se produisent à des concentrations aussi faibles, les méthodes traditionnelles d'extraction des REE peuvent être inefficaces, polluantes environnementales et préjudiciables à la santé des travailleurs.

Désormais, avec le financement des microbes environnementaux de la Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) en tant que programme de ressources bio-ingénieurs (EMBER), les chercheurs de l'Université d'État de San Diego développent des méthodes d'extraction avancées dans le but de stimuler l'offre nationale de Rees.

«Nous essayons de développer une nouvelle procédure de récupération qui est respectueuse de l'environnement et plus durable», a déclaré le biologiste et enquêteur principal Marina Kalyuzhnaya.

Pour ce faire, les chercheurs exploiteront la propension naturelle des bactéries consommatrices de méthane vivant dans des conditions extrêmes pour capturer les REA de l'environnement.

«Ils nécessitent des éléments de terres rares pour faire l'une des réactions enzymatiques clés dans leurs voies métaboliques», a déclaré Kalyuzhnaya.

Rees comprend les nombreux éléments de lanthanure du tableau périodique. En collaboration avec l'Université de Californie, Berkeley et Pacific Northwest National Laboratory (PNNL), les chercheurs du SDSU prévoient de rétro-ingénieurs les processus biologiques qui permettent aux bactéries de récolter les métaux de l'environnement. La compréhension de ce processus informera la création de protéines concepteurs synthétiques qui se lient à une spécificité élevée à différents types de lanthanides, selon le biochimiste John Love. L'équipe de PNNL identifiera les déterminants génétiques des bactéries extrémophiles et accumulées REE, puis caractérisera leur adoption de REE.

L'équipe modifiera ensuite les bactéries pour produire les protéines de liaison aux métaux à la surface de leurs cellules, a déclaré Love.

Les Rees sont relativement abondants dans les résidus miniers, les déchets de certains minerais métalliques, comme l'aluminium.

"Les résidus miniers sont en fait des déchets qui contient encore beaucoup de matériaux utiles", a déclaré Kalyuzhnaya.

Pour purifier et récupérer les Rees à l'intérieur, ces boues d'eau et de roches broyées seront effectuées à travers un biofiltre contenant les bactéries modifiées, permettant aux protéines de concepteur à la surface des bactéries de se lier sélectivement aux Rees. Comme les bactéries qui aiment le méthane qui servaient de modèles, les bactéries améliorées toléreront les extrêmes de pH, de température et de salinité, conditions trouvées dans les résidus de mine.

Les chercheurs collaboreront avec un partenaire de l'industrie, Palo Alto Research Center (PARC), une société Xerox, pour bioprint un matériau poreux et sorbant à utiliser dans le biofiltre. Cette technologie de biopritage est à faible coût et évolutif et devrait entraîner des économies importantes lorsqu'elles sont appliquées largement à la récupération minérale.

En plus de tester et d'optimiser le biofiltre, l'équipe devra également développer des méthodes pour collecter les lanthanides purifiés du biofiltre lui-même, selon l'ingénieur environnemental Christy Dykstra. Les chercheurs se sont associés à une start-up, Phoenix Saings, pour tester et affiner le processus de récupération.

Parce que l'objectif est de développer un processus commercialement viable mais respectueux de l'environnement pour extraire Rees, Dykstra et plusieurs des partenaires du projet analyseront les coûts du système par rapport aux autres technologies pour récupérer les lanthanides, mais aussi l'impact environnemental.

"Nous prévoyons qu'il aurait de nombreux avantages pour l'environnement et la baisse des coûts énergétiques par rapport à ce qui est actuellement utilisé", a déclaré Dykstra. «Un système comme celui-ci serait plus un système de biofiltration passif, avec moins d'entrées d'énergie. Et puis, théoriquement, moins d'utilisation de solvants vraiment nuisibles et de choses comme ça. Beaucoup de processus actuels utiliseront des solvants vraiment durs et sans environnement. »

Dykstra note également que depuis que les bactéries se reproduisent, les technologies à base de microbes sont auto-renouvelables, "alors que si nous devions utiliser une méthode chimique, nous devions produire continuellement de plus en plus de produits chimiques".

"Même si cela coûtera un peu plus, mais cela ne nuit pas à l'environnement, cela aurait du sens", a déclaré Kalyuzhnaya.

L'objectif du projet financé par la DARPA est de fournir une preuve de concept de la technologie Bio-axée sur les REE en quatre ans, ce qui, selon Kalyuzhnaya, nécessitera une vision stratégique et une perspective interdisciplinaire.

Elle a ajouté que le projet offrira aux étudiants diplômés du SDSU la possibilité de participer à des recherches multidisciplinaires «et de voir comment les concepts peuvent se développer à partir d'idées juste à la démonstration du pilote».

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Heure du poste: 17 avr-2023