Exotische bacteriën zijn veelbelovend als recyclers van zeldzame aardelementen – Ars Technica

De vraag naar zeldzame aardmetalen neemt toe 315.000 ton Tegen 2030. Inmiddels meer dan 40 miljoen ton van e-waste – computers, mobiele telefoons en andere afgedankte elektronische apparaten – wordt elk jaar gegenereerd. Sommige van deze afvalstoffen bevatten dezelfde waardevolle elementen waar steeds meer vraag naar is.

In de loop der jaren zijn er verschillende opmerkelijke methoden voorgesteld voor het terugwinnen van verbruikte of op afval gebaseerde REE’s, zoals stedelijke mijnbouw of nano filtratie systemen in tabellen. Een doorlopend idee is om micro-organismen zoals bacteriën te gebruiken om gewenste materialen “biologisch te absorberen” – een passief biologisch proces waarbij organismen zich binden aan en materialen verwijderen uit een waterige oplossing. De technologie is nog niet op industriële schaal toegepast, maar sommige onderzoekers wijzen erop dat hun nieuwste bevindingen een grote stap voorwaarts betekenen.

in Het laatste papierThomas Brock, een professor aan de Technische Universiteit van München die synthetische biotechnologie en duurzaamheid bestudeert, en collega’s beschrijven de identificatie van 12 exotische cyanobacteriën die bijzonder goed zijn in het absorberen van zeldzame aardmetalen. Deze typen kunnen worden gebruikt om gewenste items op te halen en tegelijkertijd land en water schoon te maken. “[I]Dit hadden we op geen enkele manier verwacht”, zei Brock tegen Ars.

De ongewone verdachten

Het onderzoek duurde zes jaar. Het team begon met het onderzoeken van verschillende soorten algen en bacteriën, maar geen van hen nam de zeldzame aardmetalen goed op. Daarom richtten ze hun aandacht op tientallen soorten cyanobacteriën. Sommigen kwamen uit omgevingen die bijzonder onherbergzaam waren voor de meeste levensvormen. Bijvoorbeeld Lake Natron, dat ongewoon alkalisch is, met een pH van ongeveer 10en ziet de temperaturen die het kan bereiken 60 graden Celsius (of 140 graden Fahrenheit). Volgens Brock is het onduidelijk of hoe deze organismen zijn geëvolueerd om in deze omgevingen te gedijen, heeft bijgedragen aan hun vermogen om zeldzame aardmetalen te verslinden.

Vaak kwamen soorten uit ongelooflijk gespecialiseerde habitats zoals de dorre woestijnbodems van Namibië, het alkalische Natronmeer in Tsjaad, de rotsachtige spleten van Zuid-Afrika of de vervuilde stromen van Zwitserland. Dit waren “echt extreme en unieke omgevingen”, zei Brock.

De meeste van deze bacteriën zijn niet eerder geëvalueerd op mogelijke bioremediatie. In het laboratorium onderwierpen de teams de culturen van de verschillende soorten aan waterige oplossingen die de zeldzame aardelementen lanthaan, cerium en neodymium bevatten, en controleerden vervolgens met behulp van infraroodspectroscopie hoe goed de elementen op hun oppervlak werden vastgehouden.

Een eerder onkarakteristiek type Geen voorraad Cyanobacteriën presteerden het beste. De biologische beschikbaarheid van de vier zeldzame aardmetalen uit oplossingen resulteerde in een opname van tussen de 84,2 en 91,5 mg van het metaal per gram biomassa. Het was de slechtste prestatie Scytonema hyalenum Met een snelheid van 15,5 tot 21,2 mg per gram biomassa. De krant merkte echter op dat hoe goed elk filter presteerde, afhing van de zuurgraad en dat de processen het meest efficiënt waren als er geen andere metalen in de oplossing waren om te concurreren met het beoogde zeldzame aardelement.

Het vuile, eh, schone dozijn

Het is ook mogelijk, en relatief eenvoudig, om gewenste REE’s terug te winnen uit biomassa. Het zou gewoon een kwestie zijn van het veranderen van de pH van de oplossing – met een zuur of zoiets als loog – of het zoutgehalte. De elementen worden functioneel alleen uit de biomassa “gewassen”. Door de oplossing daarna in de vorige staat terug te brengen, kan het proces opnieuw beginnen, wat betekent dat cyanobacteriënculturen opnieuw kunnen worden gebruikt.

“Het is geen een-twee-deal waarbij je aan het einde van de koppeling biomassa moet verbranden om je mineralen terug te winnen,” zei Brock.

Onderzoekers of industriële actoren zouden in de toekomst bioreactoren kunnen maken – gespecialiseerde vaten die microbiële biomassa bevatten – voor veel toepassingen. Ten eerste zouden ze kunnen worden gebruikt om REE’s te verzamelen van stortplaatsen voor e-waste, hoewel hiervoor het e-waste moet worden omgezet in een vorm die micro-organismen kunnen gebruiken. Dit zou milieuvoordelen opleveren door afval uit deze gebieden te verwijderen en mogelijk banen te creëren in delen van de wereld Waar e-waste regelmatig wordt verzonden Vanuit Global North, locaties zoals Nigeria, Ghana en Tanzania. Vervolgens, voegde Brock eraan toe, zouden ze kunnen worden gebruikt om deze items op te ruimen en terug te winnen uit industriële afvoer, zoals mijnbouw of uit de chemische industrie.

Volgens Brock zou het onderzoek een enorme stap voorwaarts kunnen zijn. Vanaf dit punt hopen de onderzoekers exponentieel uit te breiden – iets wat op dit gebied nog niet is gedaan. Ze zijn van plan om samen te werken met partners in verschillende industrieën om dit te doen, hoewel dat een ontmoedigend vooruitzicht is gezien het een vrij gespecialiseerd proces is: het is niet zoals het verbouwen van maïs in de landbouw, noch is het zoals traditionele methodes voor het raffineren van metaal. Desondanks zijn de onderzoekers hoopvol over de resultaten.

“Ik denk dat we nu op een stap staan ​​waar we kunnen zeggen: ‘Hé, we kunnen dit laten werken’,” zei Brock.

Grenzen, 2023. DOI: 10.3389/fbioe.2023.1130939 (over DOI’s)