zdroj:Phys.org

Prvky vzácných zemin z rud jsou pro moderní život životně důležité, ale jejich rafinace po těžbě je nákladná, poškozuje životní prostředí a většinou se vyskytuje v zahraničí.

Nová studie popisuje důkaz principu pro inženýrství bakterie Gluconobacter oxydans, která činí velký první krok k uspokojení prudce rostoucí poptávky po prvcích vzácných zemin způsobem, který odpovídá nákladům a efektivitě tradičních metod termochemické extrakce a rafinace a je dostatečně čistý, aby splňoval americké environmentální normy.

„Snažíme se vyvinout ekologicky šetrnou metodu pro získávání prvků vzácných zemin z horniny, která by fungovala za nízkých teplot a nízkého tlaku,“ řekl Buz Barstow, hlavní autor článku a docent biologického a environmentálního inženýrství na Cornellově univerzitě.

Tyto prvky – kterých je v periodické tabulce 15 – jsou nezbytné pro vše od počítačů, mobilních telefonů, obrazovek, mikrofonů, větrných turbín, elektrických vozidel a vodičů až po radary, sonary, LED světla a dobíjecí baterie.

Zatímco USA kdysi rafinovaly své vlastní prvky vzácných zemin, tato produkce se zastavila před více než pěti desetiletími. Nyní rafinace těchto prvků probíhá téměř výhradně v jiných zemích, zejména v Číně.

„Většina produkce a těžby prvků vzácných zemin je v rukou cizích států,“ řekl spoluautor Esteban Gazel, docent věd o Zemi a atmosféře na Cornellu. „Proto se kvůli bezpečnosti naší země a našeho způsobu života musíme vrátit na cestu ke kontrole tohoto zdroje.“

K uspokojení ročních potřeb USA pro prvky vzácných zemin by bylo zapotřebí zhruba 71,5 milionu tun (cca 78,8 milionu tun) surové rudy k vytěžení 10 000 kilogramů (cca 22 000 liber) prvků.

Současné metody se spoléhají na rozpouštění horniny horkou kyselinou sírovou a následné použití organických rozpouštědel k oddělení velmi podobných jednotlivých prvků v roztoku.

„Chceme vymyslet způsob, jak vyrobit chybu, která tuto práci zvládne lépe,“ řekl Barstow.

Bakterie G. oxydans je známá tím, že produkuje kyselinu zvanou biolixiviant, která rozpouští horniny. Bakterie tuto kyselinu používá k extrakci fosfátů z prvků vzácných zemin. Vědci začali manipulovat s geny bakterie G. oxydans, aby tyto prvky extrahovala efektivněji.

K tomu vědci použili technologii, kterou Barstow pomohl vyvinout, zvanou Knockout Sudoku. Ta jim umožnila postupně deaktivovat 2 733 genů v genomu G. oxydans. Tým vybral mutanty, z nichž každý měl vyřazený specifický gen, aby mohl identifikovat geny, které hrají roli při získávání prvků z horniny.

„Jsem neuvěřitelně optimistický,“ řekl Gazel. „Máme tu proces, který bude efektivnější než cokoli, co se dělalo dosud.“

Alexa Schmitz, postdoktorandská výzkumnice v Barstowově laboratoři, je první autorkou studie „Gluconobacter oxydans Knockout Collection Finds Improved Rare Earth Element Extraction“ (Sbírka Gluconobacter oxydans Knockout zjistila vylepšenou extrakci prvků vzácných zemin), publikované v časopise Nature Communications.

---

Čas zveřejnění: 4. července 2022