källa: Phys.org

Sällsynta jordartsmetaller från malm är livsviktiga för det moderna livet, men raffinering av dem efter gruvdrift är kostsamt, skadar miljön och sker mestadels utomlands.

En ny studie beskriver ett principbevis för att konstruera en bakterie, Gluconobacter oxydans, som tar ett stort första steg mot att möta den skyhöga efterfrågan på sällsynta jordartsmetaller på ett sätt som matchar kostnaden och effektiviteten hos traditionella termokemiska extraktions- och förfiningsmetoder och är tillräckligt ren för att uppfylla amerikanska miljöstandarder.

"Vi försöker komma på en miljövänlig metod med låg temperatur och lågt tryck för att få ut sällsynta jordartsmetaller ur en sten", säger Buz Barstow, artikelns seniorförfattare och biträdande professor i biologisk och miljöteknik vid Cornell University.

Grundämnena – av vilka det finns 15 i det periodiska systemet – är nödvändiga för allt från datorer, mobiltelefoner, skärmar, mikrofoner, vindkraftverk, elfordon och ledare till radar, ekolod, LED-lampor och laddningsbara batterier.

Medan USA en gång förädlade sina egna sällsynta jordartsmetaller, upphörde den produktionen för mer än fem decennier sedan. Nu sker förädlingen av dessa element nästan uteslutande i andra länder, särskilt Kina.

”Majoriteten av produktionen och utvinningen av sällsynta jordartsmetaller sker i utländska händer”, säger medförfattaren Esteban Gazel, docent i jord- och atmosfärvetenskap vid Cornell. ”Så för vårt lands och vår livsstils säkerhet måste vi komma tillbaka på rätt spår och kontrollera den resursen.”

För att möta USA:s årliga behov av sällsynta jordartsmetaller skulle det krävas ungefär 71,5 miljoner ton (~78,8 miljoner ton) råmalm för att utvinna 10 000 kilogram (~22 000 pund) element.

Nuvarande metoder bygger på att lösa upp bergart med varm svavelsyra, följt av att använda organiska lösningsmedel för att separera mycket lika enskilda element från varandra i en lösning.

"Vi vill hitta ett sätt att tillverka en bugg som gör det jobbet bättre", sa Barstow.

G. oxydans är känd för att producera en syra som kallas biolixiviant som löser upp berg; bakterierna använder syran för att dra ut fosfater från sällsynta jordartsmetaller. Forskarna har börjat manipulera G. oxydans gener så att den extraherar elementen mer effektivt.

För att göra det använde forskarna en teknik som Barstow var med och utvecklade, kallad Knockout Sudoku, som gjorde det möjligt för dem att inaktivera de 2 733 generna i G. oxydans genom en efter en. Teamet valde ut mutanter, var och en med en specifik gen utslagen, så att de kunde identifiera vilka gener som spelar roll i att få ut grundämnen ur berget.

”Jag är otroligt optimistisk”, sa Gazel. ”Vi har en process här som kommer att bli effektivare än något som gjorts tidigare.”

Alexa Schmitz, postdoktor i Barstows laboratorium, är förstaförfattare till studien ”Gluconobacter oxydans Knockout Collection Finds Improved Rare Earth Element Extraction”, publicerad i Nature Communications.

---

Publiceringstid: 4 juli 2022