avots: Phys.org

Retzemju elementi no rūdas ir vitāli svarīgi mūsdienu dzīvei, taču to rafinēšana pēc ieguves ir dārga, kaitē videi un galvenokārt notiek ārzemēs.

Jaunā pētījumā aprakstīts principa pierādījums baktērijas Gluconobacter oxydans inženierijai, kas sper lielu pirmo soli ceļā uz strauji pieaugošā retzemju elementu pieprasījuma apmierināšanu veidā, kas atbilst tradicionālo termoķīmisko ekstrakcijas un rafinēšanas metožu izmaksām un efektivitātei un ir pietiekami tīrs, lai atbilstu ASV vides standartiem.

"Mēs cenšamies izstrādāt videi draudzīgu, zemas temperatūras un zema spiediena metodi retzemju elementu iegūšanai no ieža," sacīja Buzs Barstovs, raksta vecākais autors un Kornela universitātes bioloģijas un vides inženierijas docents.

Elementi, kuru periodiskajā tabulā ir 15, ir nepieciešami visam, sākot no datoriem, mobilajiem tālruņiem, ekrāniem, mikrofoniem, vēja turbīnām, elektriskajiem transportlīdzekļiem un vadītājiem līdz radariem, hidrolokatoriem, LED gaismām un uzlādējamām baterijām.

Lai gan ASV savulaik rafinēja savus retzemju elementus, šī ražošana tika pārtraukta pirms vairāk nekā piecām desmitgadēm. Tagad šo elementu rafinēšana gandrīz pilnībā notiek citās valstīs, īpaši Ķīnā.

“Lielākā daļa retzemju elementu ražošanas un ieguves ir ārvalstu rokās,” sacīja līdzautors Estebans Gazels, Kornela Universitātes Zemes un atmosfēras zinātņu asociētais profesors. “Tāpēc mūsu valsts un dzīvesveida drošības labad mums ir jāatgriežas uz pareizā ceļa, lai kontrolētu šo resursu.”

Lai apmierinātu ASV ikgadējās retzemju elementu vajadzības, 10 000 kilogramu (~22 000 mārciņu) elementu ieguvei būtu nepieciešami aptuveni 71,5 miljoni tonnu (~78,8 miljoni tonnu) neapstrādātas rūdas.

Pašreizējās metodes balstās uz iežu izšķīdināšanu karstā sērskābē, kam seko organisko šķīdinātāju izmantošana, lai šķīdumā atdalītu ļoti līdzīgus atsevišķus elementus vienu no otra.

"Mēs vēlamies izdomāt veidu, kā izveidot kļūdu, kas šo darbu veic labāk," sacīja Barstovs.

G. oxydans ir pazīstama ar to, ka ražo skābi, ko sauc par bioliksiviantu, kas šķīdina iežus; baktērija izmanto šo skābi, lai no retzemju elementiem iegūtu fosfātus. Pētnieki ir sākuši manipulēt ar G. oxydans gēniem, lai tā efektīvāk iegūtu elementus.

Lai to izdarītu, pētnieki izmantoja tehnoloģiju, kuras izstrādē piedalījās Barstovs, ko sauc par Knockout Sudoku, kas ļāva viņiem pa vienam atspējot 2733 gēnus G. oxydans genomā. Komanda izveidoja mutantus, katram no kuriem tika izslēgts konkrēts gēns, lai viņi varētu noteikt, kuri gēni spēlē lomu elementu iežu iegūšanā.

“Esmu neticami optimistisks,” sacīja Gazels. “Mums ir process, kas būs efektīvāks nekā jebkas, kas ir darīts iepriekš.”

Aleksa Šmica, pēcdotorantūras pētniece Barstova laboratorijā, ir pirmā pētījuma “Gluconobacter oxydans Knockout Collection Finds Improved Rare Element Extraction” autore, kas publicēts žurnālā Nature Communications.

---

Publicēšanas laiks: 2022. gada 4. jūlijs