kilde: Phys.org

Sjeldne jordartsmetaller fra malm er viktige for moderne liv, men raffinering av dem etter gruvedrift er kostbart, skader miljøet og skjer hovedsakelig i utlandet.

En ny studie beskriver et prinsippbevis for å konstruere en bakterie, Gluconobacter oxydans, som tar et stort første skritt mot å møte den skyhøye etterspørselen etter sjeldne jordartsmetaller på en måte som samsvarer med kostnaden og effektiviteten til tradisjonelle termokjemiske ekstraksjons- og raffineringsmetoder, og som er ren nok til å oppfylle amerikanske miljøstandarder.

«Vi prøver å komme opp med en miljøvennlig metode med lav temperatur og lavt trykk for å få sjeldne jordartsmetaller ut av stein», sa Buz Barstow, seniorforfatter av artikkelen og assisterende professor i biologisk og miljøteknikk ved Cornell University.

Elementene – hvorav det er 15 i periodesystemet – er nødvendige for alt fra datamaskiner, mobiltelefoner, skjermer, mikrofoner, vindturbiner, elektriske kjøretøy og ledere til radarer, sonarer, LED-lys og oppladbare batterier.

Mens USA en gang raffinerte sine egne sjeldne jordartsmetaller, stoppet denne produksjonen for mer enn fem tiår siden. Nå foregår raffineringen av disse elementene nesten utelukkende i andre land, spesielt Kina.

«Størstedelen av produksjonen og utvinningen av sjeldne jordartsmetaller er i hendene på utenlandske nasjoner», sa medforfatter Esteban Gazel, førsteamanuensis i jord- og atmosfærevitenskap ved Cornell. «Så for landets og levesettets sikkerhet må vi komme tilbake på sporet for å kontrollere denne ressursen.»

For å dekke USAs årlige behov for sjeldne jordartsmetaller, ville det kreves omtrent 71,5 millioner tonn (~78,8 millioner tonn) råmalm for å utvinne 10 000 kilogram (~22 000 pund) elementer.

Nåværende metoder er avhengige av å løse opp stein med varm svovelsyre, etterfulgt av bruk av organiske løsemidler for å separere svært like individuelle elementer fra hverandre i en løsning.

«Vi ønsker å finne en måte å lage en feil som gjør den jobben bedre», sa Barstow.

G. oxydans er kjent for å lage en syre kalt biolixiviant som løser opp stein; bakteriene bruker syren til å trekke fosfater fra sjeldne jordartsmetaller. Forskerne har begynt å manipulere G. oxydans' gener slik at den ekstraherer elementene mer effektivt.

For å gjøre dette brukte forskerne en teknologi som Barstow var med på å utvikle, kalt Knockout Sudoku, som tillot dem å deaktivere de 2733 genene i G. oxydans' genom ett etter ett. Teamet kuraterte mutanter, hver med et spesifikt gen slått ut, slik at de kunne identifisere hvilke gener som spiller en rolle i å få elementer ut av stein.

«Jeg er utrolig optimistisk», sa Gazel. «Vi har en prosess her som kommer til å bli mer effektiv enn noe som har blitt gjort før.»

Alexa Schmitz, en postdoktor i Barstows laboratorium, er førsteforfatter av studien «Gluconobacter oxydans Knockout Collection Finds Improved Rare Earth Element Extraction», publisert i Nature Communications.

---

Publisert: 04.07.2022