bron:Phys.org

Zeldzame aardmetalen uit erts zijn van essentieel belang voor het moderne leven, maar de raffinage ervan na de winning is duur, schadelijk voor het milieu en gebeurt meestal in het buitenland.

Een nieuw onderzoek beschrijft een proof of principle voor het ontwikkelen van een bacterie, Gluconobacter oxydans, die een belangrijke eerste stap zet in de richting van het voldoen aan de enorm stijgende vraag naar zeldzame aardelementen op een manier die qua kosten en efficiëntie vergelijkbaar is met traditionele thermochemische extractie- en raffinagemethoden en schoon genoeg is om te voldoen aan de Amerikaanse milieunormen.

"We proberen een milieuvriendelijke methode te ontwikkelen om zeldzame aardmetalen uit gesteente te halen bij een lage temperatuur en lage druk", aldus Buz Barstow, hoofdauteur van het artikel en universitair docent biologische en milieutechniek aan de Cornell University.

De elementen – waarvan er 15 in het periodiek systeem staan ​​– zijn nodig voor alles van computers, mobiele telefoons, schermen, microfoons, windturbines, elektrische voertuigen en geleiders tot radars, sonars, ledlampen en oplaadbare batterijen.

Hoewel de VS ooit hun eigen zeldzame aardmetalen raffineerden, is die productie meer dan vijf decennia geleden gestopt. Tegenwoordig vindt de raffinage van deze elementen vrijwel volledig plaats in andere landen, met name China.

"Het grootste deel van de productie en winning van zeldzame aardmetalen is in handen van buitenlandse landen", aldus coauteur Esteban Gazel, universitair hoofddocent aard- en atmosferische wetenschappen aan Cornell. "Dus voor de veiligheid van ons land en onze manier van leven moeten we de controle over die hulpbron weer op het juiste spoor zetten."

Om aan de jaarlijkse behoefte van de VS aan zeldzame aardmetalen te voldoen, is ongeveer 71,5 miljoen ton (~78,8 miljoen ton) ruw erts nodig om 10.000 kilogram (~22.000 pond) aan elementen te winnen.

Huidige methoden zijn gebaseerd op het oplossen van gesteente in heet zwavelzuur. Vervolgens worden organische oplosmiddelen gebruikt om zeer vergelijkbare individuele elementen van elkaar te scheiden in een oplossing.

"We willen een manier vinden om een ​​insect te maken dat die taak beter uitvoert", aldus Barstow.

G. oxydans staat bekend om de aanmaak van een zuur genaamd biolixiviant dat gesteente oplost; de bacterie gebruikt het zuur om fosfaten uit zeldzame aardmetalen te halen. Onderzoekers zijn begonnen de genen van G. oxydans te manipuleren zodat de bacterie de elementen efficiënter extraheert.

Om dit te doen, gebruikten de onderzoekers een technologie die Barstow had helpen ontwikkelen, genaamd Knockout Sudoku, waarmee ze de 2733 genen in het genoom van G. oxydans één voor één konden uitschakelen. Het team selecteerde mutanten, elk met een specifiek uitgeschakeld gen, zodat ze konden identificeren welke genen een rol spelen bij het verkrijgen van elementen uit gesteente.

"Ik ben ongelooflijk optimistisch", zei Gazel. "We hebben hier een proces dat efficiënter zal zijn dan alles wat we eerder hebben gedaan."

Alexa Schmitz, een postdoctoraal onderzoeker in het laboratorium van Barstow, is de eerste auteur van de studie "Gluconobacter oxydans Knockout Collection Finds Improved Rare Earth Element Extraction", gepubliceerd in Nature Communications.

---

Plaatsingstijd: 4 juli 2022