Американские ученые нашли экологичный способ очистки редкоземельных металлов микробами


Фото из открытых источников
Редкоземельные элементы являются важными компонентами электромобилей, ветряных турбин и смартфонов. Извлечение этих металлов из сырой руды требует обработки кислотами и растворителями.
 
Теперь ученые из Корнеллского университета (США) охарактеризовали геном Shewanella oneidensis — металлолюбивой бактерии со сродством к редкоземельным элементам — чтобы заменить жесткую химическую обработку щадящей практикой, называемой биосорбцией. Их исследование было опубликовано в журнале Scientific Reports.
 
«Проблема нынешних методов очистки редкоземельных элементов заключается в том, что они в значительной степени полагаются на органические растворители и агрессивные химикаты. Эти методы являются дорогостоящими и вредными для окружающей среды. Здесь у нас есть зеленая альтернатива, которая использует микробы для избирательной адсорбции и очистки редкоземельных элементов, устраняя необходимость использования вредных химикатов. Мы делаем процесс очистки более экологичным», — сказал старший автор исследования Буз Барстоу.
 
Микроб избирательно адсорбирует (или цепляется) за эти редкоземельные элементы, что делает его идеальным кандидатом для проведения экологически чистой процедуры очистки.
 
Как правило, S. oneidensis предпочитает питаться элементами f-блока, расположенными в шестом ряду периодической таблицы, известными как лантаноиды. В частности, микроб предпочитает европий.
 
Характеристика генома S. oneidensis позволяет ученым настроить его предпочтения в обработке других редкоземельных элементов.
 
Ученые исследовали 3373 части генома S. oneidensis и обнаружили 242 гена, которые на него влияют.
 
Мутантные гены, обнаруженные учёными в бактериях, могут сократить продолжительность процесса очистки редкоземельных элементов почти на треть — по сравнению с дикой разновидностью S. oneidensis — и предлагают план действий по совершенствованию этого зелёного метода.
 
«Наша работа указывает на ключевые гены, которые контролируют состав мембран, которые традиционно отвечают за клеточную адгезию и образование биопленок при биосорбции редкоземельных элементов. Эта работа раскрывает механизмы, ответственные за биосорбцию редкоземельных элементов у S. oneidensis», — сказал соавтор исследования Шон Медин.
 
По его словам, эта работа потенциально может сделать переработку редкоземельных металлов более чистой и масштабируемой. «В настоящее время вся очистка редкоземельных элементов осуществляется за рубежом из-за строгих экологических норм и высоких инфраструктурных затрат на строительство завода по разделению. Наш процесс сделает ненужными экологически вредные растворители».
 
Кроме того, процесс потенциально будет значительно менее трудоемким и капиталоемким. Связано это с тем, что разделение можно было бы осуществлять с помощью многократного обогащения через колонны, наполненные иммобилизованными бактериями, вместо установок-смесителей-отстойников длиной в несколько километров.
 
Хотя технология все еще находится в разработке, исследователи с оптимизмом смотрят на потенциальное воздействие. Эта технология может помочь наладить стабильные поставки редкоземельных элементов. Группа планирует создать пилотную систему очистки к 2028 году.
 
«Это исследование дает нам генетический план создания микроба, который позволит нам очищать редкоземельные элементы экологически безопасным способом», — сказал Барстоу. «Если вы хотите уменьшить изменение климата, это позволит нам построить устойчивую энергетическую инфраструктуру — например, усовершенствовать электромобили, ветряные турбины, создать сверхпроводники и предложить высокоэффективное освещение. Это высшая награда».