источник:Phys.org

Редкоземельные элементы из руды жизненно важны для современной жизни, но их переработка после добычи обходится дорого, наносит вред окружающей среде и в основном осуществляется за рубежом.

В новом исследовании описывается доказательство принципа создания бактерии Gluconobacter oxydans, которая делает большой первый шаг на пути к удовлетворению стремительно растущего спроса на редкоземельные элементы способом, который соответствует стоимости и эффективности традиционных методов термохимической экстракции и очистки и является достаточно чистым, чтобы соответствовать экологическим стандартам США.

«Мы пытаемся разработать экологически безопасный метод извлечения редкоземельных элементов из горных пород при низких температурах и давлении», — сказал Баз Барстоу, старший автор статьи и доцент кафедры биологической и экологической инженерии в Корнелльском университете.

Элементы, которых в периодической таблице 15, необходимы для всего: от компьютеров, мобильных телефонов, экранов, микрофонов, ветряных турбин, электромобилей и проводников до радаров, сонаров, светодиодных фонарей и аккумуляторных батарей.

В то время как США когда-то очищали свои собственные редкоземельные элементы, это производство прекратилось более пяти десятилетий назад. Теперь очистка этих элементов происходит почти полностью в других странах, особенно в Китае.

«Большая часть производства и добычи редкоземельных элементов находится в руках иностранных государств», — сказал соавтор Эстебан Газель, доцент кафедры наук о Земле и атмосфере в Корнелле. «Поэтому для безопасности нашей страны и образа жизни нам нужно вернуться на путь контроля над этим ресурсом».

Для удовлетворения ежегодных потребностей США в редкоземельных элементах потребуется около 71,5 млн тонн (~78,8 млн тонн) сырой руды для извлечения 10 000 килограммов (~22 000 фунтов) элементов.

Современные методы основаны на растворении горной породы горячей серной кислотой с последующим использованием органических растворителей для разделения очень похожих отдельных элементов друг от друга в растворе.

«Мы хотим найти способ создать ошибку, которая будет лучше выполнять эту работу», — сказал Барстоу.

G. oxydans известен тем, что производит кислоту, называемую биоликсивиант, которая растворяет горные породы; бактерия использует кислоту, чтобы извлекать фосфаты из редкоземельных элементов. Исследователи начали манипулировать генами G. oxydans, чтобы он извлекал элементы более эффективно.

Для этого исследователи использовали технологию, которую помог разработать Барстоу, под названием Knockout Sudoku, которая позволила им отключить 2733 гена в геноме G. oxydans один за другим. Команда отобрала мутантов, у каждого из которых был отключен определенный ген, чтобы они могли определить, какие гены играют роль в извлечении элементов из горной породы.

«Я невероятно оптимистичен», — сказал Газель. «У нас есть процесс, который будет эффективнее всего, что делалось раньше».

Алекса Шмитц, научный сотрудник лаборатории Барстоу, является первым автором исследования «Вырезание коллекции Gluconobacter oxydans позволяет улучшить извлечение редкоземельных элементов», опубликованного в журнале Nature Communications.

---

Время публикации: 04-07-2022