Källa: Phys.org

Sällsynta jordarelement från malm är avgörande för det moderna livet men förädling av dem efter gruvdrift är kostsamt, skadar miljön och förekommer mestadels utomlands.

En ny studie beskriver ett bevis på princip för konstruktion av en bakterie, Gluconobacter OxyDans, som tar ett stort första steg mot att möta skyrocketing sällsynta jordens efterfrågan på ett sätt som matchar kostnaden och effektiviteten för traditionell termokemisk extraktion och förfiningsmetoder och är tillräckligt rena för att möta amerikanska miljöstandarder.

"Vi försöker komma med en miljövänlig, lågtemperatur, lågtrycksmetod för att få sällsynta jordartselement ur en sten," sa Buz Barstow, pappers seniorförfattare och biträdande professor i biologisk och miljöteknik vid Cornell University.

Elementen - som det finns 15 i den periodiska tabellen - är nödvändiga för allt från datorer, mobiltelefoner, skärmar, mikrofoner, vindkraftverk, elektriska fordon och ledare till radarer, sonarer, LED -lampor och laddningsbara batterier.

Medan USA en gång förfinade sina egna sällsynta jordartselement, stoppade produktionen för mer än fem decennier sedan. Nu sker förfining av dessa element nästan helt i andra länder, särskilt Kina.

"Majoriteten av produktionen och extraktionen av sällsynta jordar är i händerna på utländska nationer," säger medförfattaren Esteban Gazel, docent i jord- och atmosfärvetenskap vid Cornell. "Så för säkerheten i vårt land och livsstil måste vi komma tillbaka på rätt spår för att kontrollera den resursen."

För att tillgodose USA: s årliga behov för sällsynta jordartselement skulle ungefär 71,5 miljoner ton (~ 78,8 miljoner ton) råmalm krävas för att extrahera 10 000 kilo (~ 22 000 pund) element.

Nuvarande metoder förlitar sig på upplösning av berg med varm svavelsyra, följt av att använda organiska lösningsmedel för att separera mycket liknande individuella element från varandra i en lösning.

"Vi vill ta reda på ett sätt att göra ett fel som gör det jobbet bättre," sa Barstow.

G. Oxydans är känd för att göra en syra som kallas biolixiviant som löser upp sten; Bakterierna använder syran för att dra fosfater från sällsynta jordartselement. Forskarna har börjat manipulera G. oxydans gener så att det extraherar elementen mer effektivt.

För att göra det använde forskarna en teknik som Barstow hjälpte till att utveckla, kallad Knockout Sudoku, som gjorde det möjligt för dem att inaktivera de 2 733 generna i G. Oxydans genom en efter en efter en. Teamet kuraterade mutanter, var och en med en specifik gen slog ut, så att de kunde identifiera vilka gener som spelar roller för att få element ur klippan.

"Jag är oerhört optimistisk," sade Gazel. "Vi har en process här som kommer att bli mer effektiv än allt som gjordes tidigare."

Alexa Schmitz, en postdoktorell forskare i Barstows laboratorium, är första författaren till studien, "Gluconobacter OxyDans Knockout Collection finner förbättrad extraktion av sällsynta jordarelement", publicerad i Nature Communications.

---

Posttid: JUL-04-2022