Heimild: Phys.org

Sjaldgæf jarðefni úr málmgrýti eru lífsnauðsynleg fyrir nútímalíf en hreinsun þeirra eftir námuvinnslu er kostnaðarsöm, skaðar umhverfið og fer að mestu leyti fram erlendis.

Ný rannsókn lýsir sönnunargögnum um hvernig hægt er að þróa bakteríu, Gluconobacter oxydans, sem tekur stórt fyrsta skref í átt að því að mæta ört vaxandi eftirspurn eftir sjaldgæfum jarðefnum á þann hátt að hún samsvari kostnaði og skilvirkni hefðbundinna hitaefnafræðilegra útdráttar- og hreinsunaraðferða og er nógu hrein til að uppfylla bandaríska umhverfisstaðla.

„Við erum að reyna að finna umhverfisvæna aðferð við lágan hita og lágan þrýsting til að ná sjaldgæfum jarðefnum úr bergi,“ sagði Buz Barstow, aðalhöfundur greinarinnar og aðstoðarprófessor í líffræði- og umhverfisverkfræði við Cornell-háskóla.

Frumefnin — sem eru 15 talsins í lotukerfinu — eru nauðsynleg fyrir allt frá tölvum, farsímum, skjám, hljóðnemum, vindmyllum, rafknúnum ökutækjum og leiðurum til ratsjár, sónara, LED ljósa og endurhlaðanlegra rafhlöðu.

Þótt Bandaríkin hafi áður hreinsað sín eigin sjaldgæfu jarðmálmaefni, hætti sú framleiðsla fyrir meira en fimm áratugum. Nú fer hreinsun þessara frumefna nær eingöngu fram í öðrum löndum, sérstaklega Kína.

„Meirihluti framleiðslu og vinnslu sjaldgæfra jarðefna er í höndum erlendra þjóða,“ sagði Esteban Gazel, meðhöfundur greinarinnar og dósent í jarð- og lofthjúpsvísindum við Cornell. „Þannig að til að tryggja öryggi lands okkar og lífsstíls þurfum við að komast aftur á rétta braut til að stjórna þessari auðlind.“

Til að mæta árlegri þörf Bandaríkjanna fyrir sjaldgæfa jarðmálmtegundir þyrfti um það bil 71,5 milljónir tonna (~78,8 milljónir tonna) af hrámálmgrýti til að vinna úr 10.000 kílógramma (~22.000 pund) af frumefnum.

Núverandi aðferðir byggjast á því að leysa upp berg með heitri brennisteinssýru og síðan nota lífræn leysiefni til að aðskilja mjög svipuð frumefni hvert frá öðru í lausn.

„Við viljum finna leið til að búa til villu sem gerir þetta betur,“ sagði Barstow.

G. oxydans er þekkt fyrir að framleiða sýru sem kallast lífleifingarefni sem leysir upp berg; bakteríurnar nota sýruna til að draga fosföt úr sjaldgæfum jarðefnum. Rannsakendurnir hafa byrjað að stjórna genum G. oxydans svo hún vinni frumefnin á skilvirkari hátt.

Til að gera þetta notuðu vísindamennirnir tækni sem Barstow átti þátt í að þróa, kallaða Knockout Sudoku, sem gerði þeim kleift að gera 2.733 gen í erfðamengi G. oxydans óvirk eitt af öðru. Teymið valdi stökkbreyttar tegundir, hvert með ákveðið gen slegið út, svo þeir gætu greint hvaða gen gegna hlutverki í að ná frumefnum úr bergi.

„Ég er ótrúlega bjartsýnn,“ sagði Gazel. „Við höfum hér ferli sem verður skilvirkara en nokkuð sem hefur verið gert áður.“

Alexa Schmitz, nýdoktor í rannsóknarstofu Barstow, er fyrsti höfundur rannsóknarinnar „Gluconobacter oxydans Knockout Collection Finds Improved Rare Earth Element Extraction,“ sem birtist í Nature Communications.

---

Birtingartími: 4. júlí 2022