Elementi retkih zemalja su osnovne komponente električnih automobila, vetroturbina i pametnih telefona. Dobijanje ovih metala iz sirove rude zahteva obradu kiselinama i rastvaračima.
Sada, naučnici iz Kornela su okarakterisali genom Shevanella oneidensis – bakterije koja voli metal i afiniteta za retke zemne elemente – da bi zamenili oštru hemijsku obradu benignom praksom zvanom biosorpcija.
Njihovo istraživanje, „Genomska karakterizacija vezivanja retkih zemalja od strane Shevanella oneidensis“, objavljeno je u Naučnim izveštajima.
„Problem sa trenutnim metodama prečišćavanja retkih zemnih elemenata je taj što se u velikoj meri oslanjaju na organske rastvarače i oštre hemikalije“, rekao je stariji autor Buz Barstov, docent biološkog i ekološkog inženjerstva na Fakultetu za poljoprivredu i životne nauke. „Ove metode su skupe i štetne po životnu sredinu. Ovde imamo zelenu alternativu koja koristi mikrobe za selektivno adsorbovanje i prečišćavanje retkozemnih elemenata, eliminišući potrebu za štetnim hemikalijama. Proces prečišćavanja činimo zelenijim.“
Mikrob se selektivno adsorbuje — ili se drži — za ove retke zemlje, što ga čini idealnim kandidatom za sprovođenje ekološki prihvatljive procedure prečišćavanja.
Generalno, S. oneidensis preferira jedenje na elementima f-bloka koji se nalaze u šestom redu periodnog sistema, poznatim kao lantanidi. Konkretno, mikrob favorizuje europijum.
Karakterizacija genoma S. oneidensis omogućava naučnicima da podese njegovu preferenciju za obradu drugih elemenata retkih zemalja.
Naučnici su pregledali 3.373 dela genoma S. oneidensis i pronašli 242 gena koji utiču na njega.
Mutantni geni koje su naučnici pronašli u bakterijama mogu smanjiti dužinu procesa prečišćavanja tog elementa retkih zemalja za skoro jednu trećinu — u poređenju sa divljom sortom S. oneidensis — i nude putokaz za usavršavanje ove zelene metode.
„Naš rad ukazuje na ključne gene koji kontrolišu sastav membrane koji su tradicionalno odgovorni za ćelijsku adheziju i formiranje biofilma u biosorpciji retkih zemnih elemenata“, rekao je glavni autor Šon Medin, doktorant u Barstouovoj laboratoriji i osnivač REEgen-a. „Ovaj rad unapređuje mehanizme odgovorne za biosorpciju retkih zemnih elemenata u S. oneidensis.“
Ovaj rad ima potencijal da obradu retkih zemalja učini čistijom i skalabilnom, rekao je Medin. „Trenutno se svo prečišćavanje retkih zemljanih elemenata obavlja u inostranstvu, zbog strogih ekoloških propisa i visokih infrastrukturnih troškova izgradnje postrojenja za separaciju“, rekao je on. „Naš proces bi učinio da rastvarači štetni po okolinu budu nepotrebni.
„Naš proces bi potencijalno bio znatno manje intenzivan za zemljište i kapital“, rekao je Medin, „s obzirom da bi naše razdvajanje moglo biti obavljeno ponovljenim obogaćivanjem kroz kolone pune imobilisanih bakterija umesto postrojenja za mešanje-naseljavanje koja su dugačka miljama.“
Dok je tehnologija još u razvoju, istraživači su optimistični u pogledu potencijalnog uticaja. Ova tehnologija bi mogla da pomogne u razvoju stabilnog snabdevanja SAD elementima retkih zemalja za tehnološke i odbrambene aplikacije, rekao je Barstou, saradnik na fakultetu u Centru za održivost Cornell Atkinson.
Grupa predviđa stvaranje pilotskog sistema za prečišćavanje do 2028. godine.
„Ovo istraživanje nam daje genetski nacrt za pravljenje mikroba koji nam omogućava da pročistimo retke zemlje na ekološki prihvatljiv način“, rekao je Barstou. „Ako želite da smanjite klimatske promene, ovo nam omogućava da izgradimo održivu energetsku infrastrukturu—stvari kao što su poboljšanje električnih vozila, turbina na vetar, stvaranje superprovodnika i ponuda visokoefikasnog osvetljenja. To je krajnja isplata.“
