Экзотические бактерии обещают переработку редкоземельных элементов

Спрос на редкоземельные элементы растет 315 000 тонн К 2030 г. При этом более 40 миллионов тонн электронных отходов — компьютеров, мобильных телефонов и других выброшенных электронных устройств — образуется каждый год. Некоторые из этих отходов содержат те самые ценные элементы, которые пользуются повышенным спросом.

За прошедшие годы было предложено несколько известных методов восстановления отработавших или полученных из отходов РЗЭ, таких как городская добыча полезных ископаемых или нано фильтрация системы в таблицах. Одна из текущих идей состоит в том, чтобы использовать микроорганизмы, такие как бактерии, для «биосорбции» желаемых материалов — пассивного биологического процесса, в котором организмы связывают и удаляют материалы из водного раствора. Эта технология еще не была развернута в промышленных масштабах, но некоторые исследователи отмечают, что их последние открытия представляют собой большой шаг вперед.

в Последняя бумагаТомас Брок, профессор Технического университета Мюнхена, изучающий синтетические биотехнологии и устойчивость, и его коллеги описывают идентификацию 12 экзотических цианобактерий, которые особенно хорошо поглощают редкоземельные элементы. Эти типы можно использовать для извлечения нужных предметов, а также для очистки земли и воды. «[I]Этого мы никак не ожидали», — сказал Брок в интервью Ars.

Необычные подозреваемые

Исследование длилось шесть лет. Команда начала с изучения различных типов водорослей и бактерий, но ни одна из них не поглощала редкоземельные элементы. Поэтому они обратили свое внимание на десятки видов цианобактерий. Некоторые пришли из окружающей среды, которая была особенно негостеприимной для большинства форм жизни. Например, озеро Натрон, необычно щелочное, с pH около 10и видит температуру, которую он может достичь 60 градусов Цельсия (или 140 градусов по Фаренгейту). По словам Брока, неясно, повлияло ли то, как эти организмы эволюционировали, чтобы процветать в этих средах, на их способность поглощать редкоземельные элементы.

Часто виды происходили из невероятно специализированных местообитаний, таких как засушливые пустынные почвы Намибии, щелочное озеро Натрон в Чаде, скалистые расщелины Южной Африки или загрязненные реки Швейцарии. Это были «действительно экстремальные и уникальные условия», — сказал Брок.

Большинство этих бактерий ранее не оценивались на предмет потенциальной биоремедиации. В лаборатории ученые подвергли культуры различных видов водным растворам, содержащим редкоземельные элементы лантан, церий и неодим, а затем проверили, насколько хорошо элементы удерживаются на их поверхности, с помощью инфракрасной спектроскопии.

Один ранее нехарактерный тип Носток Цианобактерии показали лучшие результаты. Его биодоступность четырех редкоземельных элементов из растворов привела к выводу от 84,2 до 91,5 мг металла на грамм биомассы. Это было худшее выступление Сцитонема гиаленовая Из расчета от 15,5 до 21,2 мг на грамм биомассы. Однако в документе отмечается, что эффективность каждого фильтра зависит от кислотности и что процессы были наиболее эффективными, когда в растворе не было других металлов, которые могли бы конкурировать с целевым редкоземельным элементом.

Грязная дюжина, э-э, Чистая

Также возможно и относительно легко извлекать желательные РЗЭ из биомассы. Это просто вопрос изменения рН раствора — кислотой или чем-то вроде щелочи — или солености. Элементы функционально только «вымываются» из биомассы. Возвращение раствора в его предыдущее состояние впоследствии позволит начать процесс заново, а это означает, что культуры цианобактерий можно будет использовать повторно.

«Это не сделка «один-два», когда в конце привязки вам нужно сжигать биомассу, чтобы восстановить свои полезные ископаемые», — сказал Брок.

Исследователи или промышленники могут создавать биореакторы — специализированные сосуды, содержащие микробную биомассу — для многих целей в будущем. Во-первых, их можно использовать для сбора редкоземельных элементов из свалок электронных отходов, хотя для этого требуется преобразовать электронные отходы в форму, которую могут использовать микроорганизмы. Это обеспечит экологические преимущества за счет удаления отходов из этих районов и потенциально создаст рабочие места в некоторых частях мира. Куда регулярно отправляются электронные отходы Из глобального севера, таких мест, как Нигерия, Гана и Танзания. Затем, добавил Брок, их можно использовать для очистки и извлечения этих предметов из промышленных стоков, таких как горнодобывающая промышленность или химическая промышленность.

По словам Брока, исследование может стать огромным шагом вперед. С этого момента исследователи надеются расширяться в геометрической прогрессии, чего еще не было сделано в этой области. Они планируют работать над этим с партнерами из разных отраслей, хотя это сложная перспектива, учитывая, что это довольно специализированный процесс: это не похоже на выращивание кукурузы в сельском хозяйстве и не похоже на традиционные методы рафинирования металлов. Несмотря на это, исследователи надеются на результаты.

«Я думаю, что сейчас мы находимся на этапе, когда мы можем сказать: «Эй, мы можем сделать эту работу», — сказал Брок.

Границы, 2023. DOI: 10.3389/fbioe.2023.1130939 (о DOI)