vir:Phys.org

Redkozemeljski elementi iz rude so ključnega pomena za sodobno življenje, vendar je njihovo rafiniranje po rudarjenju drago, škoduje okolju in večinoma poteka v tujini.

Nova študija opisuje dokaz načela za inženiring bakterije Gluconobacter oxydans, ki naredi velik prvi korak k zadovoljevanju naraščajočega povpraševanja po redkozemeljskih elementih na način, ki ustreza stroškom in učinkovitosti tradicionalnih metod termokemične ekstrakcije in rafiniranja ter je dovolj čist, da izpolnjuje ameriške okoljske standarde.

»Trudimo se najti okolju prijazno metodo za pridobivanje redkozemeljskih elementov iz kamnine, ki bi delovala pri nizkih temperaturah in pri nizkem tlaku,« je dejal Buz Barstow, višji avtor članka in docent za biološko in okoljsko inženirstvo na Univerzi Cornell.

Elementi – ki jih je v periodnem sistemu 15 – so potrebni za vse, od računalnikov, mobilnih telefonov, zaslonov, mikrofonov, vetrnih turbin, električnih vozil in prevodnikov do radarjev, sonarjev, LED luči in polnilnih baterij.

Čeprav so ZDA nekoč same rafinirale svoje redke zemeljske elemente, se je ta proizvodnja ustavila pred več kot petimi desetletji. Zdaj rafiniranje teh elementov skoraj v celoti poteka v drugih državah, zlasti na Kitajskem.

»Večina proizvodnje in pridobivanja redkih zemeljskih elementov je v rokah tujih držav,« je dejal soavtor Esteban Gazel, izredni profesor znanosti o Zemlji in atmosferi na Cornellu. »Zato se moramo zaradi varnosti naše države in načina življenja vrniti na pot nadzora nad tem virom.«

Za zadovoljevanje letnih potreb ZDA po redkozemeljskih elementih bi bilo potrebnih približno 71,5 milijona ton (~78,8 milijona ton) surove rude za pridobivanje 10.000 kilogramov (~22.000 funtov) elementov.

Trenutne metode temeljijo na raztapljanju kamnine z vročo žveplovo kislino, ki mu sledi uporaba organskih topil za ločevanje zelo podobnih posameznih elementov v raztopini.

»Želimo ugotoviti način, kako narediti hrošča, ki bi to delo opravljal bolje,« je dejal Barstow.

G. oxydans je znan po tem, da proizvaja kislino, imenovano bioliksiviant, ki raztaplja kamnine; bakterija uporablja kislino za izločanje fosfatov iz redkozemeljskih elementov. Raziskovalci so začeli manipulirati z geni G. oxydans, da bi učinkoviteje ekstrahirala elemente.

Raziskovalci so za to uporabili tehnologijo, ki jo je pomagal razviti Barstow, imenovano Knockout Sudoku, ki jim je omogočila, da so enega za drugim onemogočili 2733 genov v genomu G. oxydans. Ekipa je izbrala mutante, pri čemer je bil vsak izključen določen gen, da bi lahko ugotovili, kateri geni igrajo vlogo pri pridobivanju elementov iz kamnine.

»Neverjetno optimističen sem,« je dejal Gazel. »Imamo postopek, ki bo učinkovitejši od vsega, kar je bilo storjeno prej.«

Alexa Schmitz, podoktorska raziskovalka v Barstowovem laboratoriju, je prva avtorica študije z naslovom »Zbirka Gluconobacter oxydans Knockout je odkrila izboljšano ekstrakcijo redkih zemeljskih elementov«, objavljene v reviji Nature Communications.

---

Čas objave: 4. julij 2022