kilde: Phys.org

Sjældne jordarter fra malm er afgørende for det moderne liv, men raffinering af dem efter minedrift er dyrt, skader miljøet og finder hovedsageligt sted i udlandet.

En ny undersøgelse beskriver et principielt bevis for konstruktion af en bakterie, Gluconobacter oxydans, der tager et stort første skridt i retning af at imødekomme den stigende efterspørgsel efter sjældne jordarter på en måde, der matcher omkostningerne og effektiviteten af ​​traditionelle termokemiske ekstraktions- og raffineringsmetoder, og som er ren nok til at opfylde amerikanske miljøstandarder.

"Vi forsøger at finde en miljøvenlig metode til at få sjældne jordarter ud af en klippe ved lav temperatur og lavt tryk," sagde Buz Barstow, seniorforfatter på artiklen og adjunkt professor i biologisk og miljøteknik ved Cornell University.

Grundstofferne – hvoraf der er 15 i det periodiske system – er nødvendige for alt fra computere, mobiltelefoner, skærme, mikrofoner, vindmøller, elbiler og ledere til radarer, sonarer, LED-lys og genopladelige batterier.

Mens USA engang selv raffinerede sine sjældne jordarter, stoppede den produktion for mere end fem årtier siden. Nu finder raffineringen af ​​disse elementer næsten udelukkende sted i andre lande, især Kina.

"Størstedelen af ​​produktionen og udvindingen af ​​sjældne jordarter er i hænderne på udenlandske nationer," sagde medforfatter Esteban Gazel, lektor i jord- og atmosfærisk videnskab ved Cornell. "Så af hensyn til vores lands og vores livsstils sikkerhed er vi nødt til at komme tilbage på sporet og kontrollere denne ressource."

For at dække USA's årlige behov for sjældne jordarter ville det kræve cirka 71,5 millioner tons (~78,8 millioner tons) råmalm for at udvinde 10.000 kg (~22.000 pund) elementer.

Nuværende metoder er baseret på at opløse sten med varm svovlsyre, efterfulgt af brug af organiske opløsningsmidler til at adskille meget ens individuelle elementer fra hinanden i en opløsning.

"Vi vil finde en måde at lave en fejl på, der gør det arbejde bedre," sagde Barstow.

G. oxydans er kendt for at producere en syre kaldet biolixiviant, der opløser sten; bakterierne bruger syren til at trække fosfater ud af sjældne jordarter. Forskerne er begyndt at manipulere G. oxydans' gener, så den udvinder elementerne mere effektivt.

For at gøre dette brugte forskerne en teknologi, som Barstow var med til at udvikle, kaldet Knockout Sudoku, der gjorde det muligt for dem at deaktivere de 2.733 gener i G. oxydans' genom et efter et. Holdet udvalgte mutanter, hver med et specifikt gen slået ud, så de kunne identificere, hvilke gener der spiller en rolle i at få elementer ud af sten.

"Jeg er utrolig optimistisk," sagde Gazel. "Vi har en proces her, der vil være mere effektiv end noget, der er blevet gjort før."

Alexa Schmitz, en postdoc-forsker i Barstows laboratorium, er førsteforfatter til studiet “Gluconobacter oxydans Knockout Collection Finds Improved Rare Earth Element Extraction”, der er offentliggjort i Nature Communications.

---

Opslagstidspunkt: 4. juli 2022