Las bacterias exóticas se muestran prometedoras como recicladores de elementos de tierras raras – Ars Technica

La demanda de elementos de tierras raras está aumentando 315.000 toneladas Para 2030. Mientras tanto, más de 40 millones de toneladas de desechos electrónicos (computadoras, teléfonos celulares y otros dispositivos electrónicos desechados) se genera cada año. Algunos de estos desechos contienen los mismos elementos valiosos que enfrentan una mayor demanda.

A lo largo de los años, se han propuesto varios métodos notables para la recuperación de REE gastados o basados ​​en residuos, como minería urbana o nano filtración sistemas en tablas. Una idea en curso es utilizar microorganismos como las bacterias para la «biosorción» de los materiales deseados, un proceso biológico pasivo en el que los organismos se unen y eliminan materiales de una solución acuosa. La tecnología aún no se ha implementado a escala industrial, pero algunos investigadores señalan que sus últimos hallazgos representan un gran paso adelante.

en el ultimo papelThomas Brock, profesor de la Universidad Técnica de Munich que estudia biotecnología sintética y sustentabilidad, y sus colegas describen la identificación de 12 cianobacterias exóticas que son particularmente buenas para absorber elementos de tierras raras. Estos tipos se pueden usar para recuperar los elementos deseados, al mismo tiempo que limpian la tierra y el agua. «[I]Esto no es algo que esperábamos de ninguna manera», dijo Brock a Ars.

Los sospechosos inusuales

La investigación tomó seis años. El equipo comenzó examinando diferentes tipos de algas y bacterias, pero ninguna absorbió bien los elementos de tierras raras. Por lo tanto, dirigieron su atención a docenas de especies de cianobacterias. Algunos venían de ambientes que eran particularmente inhóspitos para la mayoría de las formas de vida. Por ejemplo, el lago Natron, que es inusualmente alcalino, con un pH de como 10y ve las temperaturas que puede alcanzar 60 grados centigrados (o 140 grados Fahrenheit). Según Brock, no está claro si la forma en que estos organismos evolucionaron para prosperar en estos entornos contribuyó a su capacidad para devorar elementos de tierras raras.

A menudo, las especies procedían de hábitats increíblemente especializados, como los suelos áridos del desierto de Namibia, el lago alcalino Natron en Chad, las grietas rocosas de Sudáfrica o los arroyos contaminados de Suiza. Estos eran «ambientes realmente extremos y únicos», dijo Brock.

La mayoría de estas bacterias no han sido evaluadas para biorremediación potencial antes. En el laboratorio, los equipos sometieron los cultivos de las diferentes especies a soluciones acuosas que contenían los elementos de tierras raras lantano, cerio y neodimio, y luego verificaron qué tan bien se retenían los elementos en su superficie mediante espectroscopia infrarroja.

Un tipo previamente poco característico de No hay stock Las cianobacterias se desempeñaron mejor. Su biodisponibilidad de los cuatro elementos de tierras raras de las soluciones dio como resultado una extracción de entre 84,2 y 91,5 mg del metal por gramo de biomasa. fue la peor actuacion Escitonema hialino A razón de 15,5 a 21,2 mg por gramo de biomasa. Sin embargo, el documento señaló que el rendimiento de cada filtro dependía de la acidez y que los procesos eran más eficientes cuando no había otros metales en la solución para competir con el elemento de tierras raras objetivo.

La docena sucia, er, la limpia

También es posible, y relativamente fácil, recuperar REEs deseables a partir de biomasa. Sería simplemente cuestión de cambiar el pH de la solución -con un ácido o algo así como lejía- o la salinidad. Los elementos son funcionalmente solo «lavados» de la biomasa. Devolver la solución a su estado anterior permitirá que el proceso comience de nuevo, lo que significa que los cultivos de cianobacterias se pueden reutilizar.

«No es un trato uno-dos en el que al final de la vinculación tienes que quemar biomasa para recuperar tus minerales», dijo Brock.

Los investigadores o actores industriales podrían crear biorreactores (recipientes especializados que contienen biomasa microbiana) para muchos usos en el futuro. En primer lugar, se pueden usar para recolectar elementos de tierras raras de los vertederos de desechos electrónicos, aunque esto requiere convertir los desechos electrónicos en una forma que los microorganismos puedan usar. Esto proporcionaría beneficios ambientales al eliminar los desechos de estas áreas y potencialmente crear empleos en partes del mundo. Donde los desechos electrónicos se envían regularmente Desde el Norte Global, lugares como Nigeria, Ghana y Tanzania. Luego, agregó Brock, podrían usarse para limpiar y recuperar estos elementos de la escorrentía industrial, como la minería o la industria química.

Según Brock, la investigación podría ser un gran paso adelante. A partir de este momento, los investigadores esperan expandirse exponencialmente, algo que aún no se ha hecho en este campo. Planean trabajar con socios en diferentes industrias para hacer esto, aunque esa es una perspectiva desafiante dado que es un proceso bastante especializado: no es como cultivar maíz en la agricultura, ni es como los métodos tradicionales de refinación de metales. A pesar de esto, los investigadores tienen esperanzas en los resultados.

«Creo que ahora estamos en un paso en el que podemos decir: ‘Oye, podemos hacer que esto funcione'», dijo Brock.

Fronteras, 2023. DOI: 10.3389/fbioe.2023.1130939 (sobre los DOI)