Металлолюбивые микробы предлагают экологичный способ очистки редкоземельных элементов

Редкоземельные элементы — ключевые компоненты электромобилей, ветряных турбин и смартфонов. Их извлечение из руды требует обработки кислотами и растворителями.

Ученые из Корнеллского университета охарактеризовали геном бактерии Shewanella oneidensis — микроба, "любящего" металлы и обладающего сродством к редкоземельным элементам. Это позволит заменить агрессивную химическую обработку на щадящий процесс, называемый биосорбцией.

Исследование "Genomic characterization of rare earth binding by Shewanella oneidensis" опубликовано в Scientific Reports.

Проблема современных методов очистки редкоземельных элементов в том, что они сильно зависят от органических растворителей и агрессивных химикатов, — сказал старший автор Баз Барстоу. — Наш подход — зеленая альтернатива, использующая микробов для селективной адсорбции и очистки, что устраняет необходимость во вредных химикатах.

Микроб избирательно адсорбирует (притягивает) эти элементы, что делает его идеальным кандидатом для экологичной очистки.

S. oneidensis предпочитает элементы f-блока шестого периода таблицы Менделеева — лантаноиды. В частности, бактерия "предпочитает" европий.

Характеристика генома S. oneidensis позволяет ученым корректировать ее предпочтения для обработки других редкоземельных элементов.

Ученые проанализировали 3373 участка генома и обнаружили 242 гена, влияющих на этот процесс.

Обнаруженные мутантные гены могут сократить процесс очистки почти на треть по сравнению с диким типом S. oneidensis и дают дорожную карту для совершенствования этого зеленого метода.

Наша работа указывает на ключевые гены, контролирующие состав мембраны, которые традиционно отвечают за адгезию клеток и образование биопленок при биосорбции редкоземельных элементов, — сказал ведущий автор Шон Медин. — Это продвигает понимание механизмов, ответственных за биосорбцию.

Эта технология имеет потенциал сделать переработку редкоземельных элементов чище и масштабируемее. Весь процесс очистки в настоящее время осуществляется за рубежом из-за строгих экологических норм и высоких затрат на инфраструктуру. Наш процесс сделает экологически вредные растворители ненужными, — отметил Медин.

Наш процесс потенциально будет значительно менее требовательным к площадям и капитальным затратам, — добавил он. — Разделение можно проводить с помощью повторного обогащения в колонках с иммобилизованными бактериями, а не на заводах со смесителями-отстойниками длиной в мили.

Хотя технология все еще разрабатывается, исследователи оптимистичны. Она может помочь создать стабильные поставки редкоземельных элементов в США для технологий и оборонных применений.

Группа планирует создать опытную систему очистки к 2028 году.

Это исследование дает нам генетическую схему для создания микроба, который позволяет очищать редкоземельные элементы экологически безопасным способом, — сказал Барстоу. — Это позволяет построить устойчивую энергетическую инфраструктуру — улучшить электромобили, ветряные турбины, создать сверхпроводники и высокоэффективное освещение. В этом — конечная цель.