باستخدام الميكروبات ، يهدف العلماء إلى استخراج العناصر الأرضية النادرة

.

باستخدام الميكروبات ، يهدف العلماء إلى استخراج العناصر الأرضية النادرة

ايهاب محمد زايد-مصر

منحت وكالة وزارة الطاقة الأمريكية مليون دولار لباحثي كورنيل ، الذين يستخدمون ميكروبات مبرمجة لتعدين معادن الأرض النادرة المستخدمة في الإلكترونيات الاستهلاكية والطاقة المتجددة المتقدمة.

تم استخراج معظم العناصر الأرضية النادرة في العالم – يوجد 17 عنصرًا في الجدول الدوري – في الصين خلال ربع القرن الماضي ، وفقًا لهيئة المسح الجيولوجي الأمريكية. لكن عمليات التعدين والتشطيب هناك تخلق نفايات سامة وتضر بالبيئة بشدة.

سيتم استخدام أطباق بتري التي تحتوي على ميكروب Gluconobacter Oxydans في النهاية لإذابة المونازيت المعدني لاستخراج العناصر الأرضية النادرة.

يطور مشروع كورنيل هذا مفهوم تعدين العناصر الأرضية النادرة بيولوجيًا – ومستدامًا في الولايات المتحدة.

قال الباحث الرئيسي Buz Barstow ، الأستاذ المساعد في الهندسة البيولوجية والبيئية في كلية الزراعة وعلوم الحياة (CALS): “تقدم البيولوجيا بديلاً للطريقة البيئية المثيرة للاشمئزاز التي نقوم بها الآن بتعدين وتنقية العناصر الأرضية النادرة”. “هناك الكثير من الثراء في القدرات البيولوجية ؛ نحن فقط لم نستغلها. يمكن لتقنياتنا الجديدة أن تساعد في تنشيط صناعة الأرض النادرة في الولايات المتحدة وتوفر مصدرًا جديدًا لهذه العناصر الحاسمة لتكنولوجيا الطاقة المستقبلية “.

تعمل العناصر الأرضية النادرة على زيادة الإنتاج من توليد طاقة الرياح والطاقة الشمسية ؛ والشركات المصنعة للإلكترونيات الاستهلاكية ، مثل الهواتف الذكية ، تعتمد على هذه العناصر لجعل التطبيقات تعمل بشكل صحيح.

المنحة من وكالة مشاريع الأبحاث المتقدمة – الطاقة التابعة لوزارة الطاقة. يضم فريق Barstow Mingming Wu ، أستاذ الهندسة البيولوجية والبيئية (CALS) ؛ Esteban Gazel ، الأستاذ المشارك في علوم الأرض والغلاف الجوي ، في كلية الهندسة (COE) ؛ وميغان هوليكروس ، أستاذ مساعد في علوم الأرض والغلاف الجوي (CALS ، COE).

كانت صناعة الأرض النادرة في الولايات المتحدة مزدهرة منذ 30 عامًا ، لكنها عانت لاحقًا بسبب الافتقار إلى التنمية الجديدة وضعف الاقتصاد. مع الوعد بطرق بيولوجية نظيفة وجديدة لاستخراج هذه العناصر ، يمكن إحياء صناعة محلية بأكملها ، وفقًا لبارستو.

قال بارستو: “يمكن أن يُظهر هذا قدرة الميكروبات الهندسية على معالجة المشاكل عبر الطاقة المستدامة – بما في ذلك التمثيل الضوئي الاصطناعي ، وتجديد وإعادة تدوير البطاريات ، وإنتاج الوقود الحيوي ، وكذلك التقاط ثاني أكسيد الكربون وعزله”. “هذا يمكن أن يتيح التوسع السريع في اعتماد تكنولوجيا الطاقة المستدامة.”

ستبدأ المجموعة بهندسة ميكروب (Gluconobacter oxydans) لإذابة المونازيت ، وهو صخر فوسفات يحتوي على العناصر الأرضية النادرة الإربيوم والثوريوم واللانثانوم. تتشكل أثناء تبلور الصهارة ويمكن أن تتراكم لاحقًا في الرواسب الرسوبية.

قال بارستو: “سنأخذ ميكروبًا قادرًا على إذابة المعادن في الصخور ، ويمكننا جعل الميكروب يهضم هذه المعادن بشكل أسرع وأكثر شمولاً”. “نحن قادرون على إزالة المعادن الأرضية النادرة بشكل أكثر انتقائية.”

قال جازيل إن السماح للبيولوجيا بتفكيك المعادن ليس بالأمر الجديد. تجري المياه فوق الصخور ، وتحرر المعادن التي تغذي التربة وتجد طريقها إلى الأنهار ، وفي النهاية البحر.

سوف يقوم Holycross و Gazel بزراعة بلورات المونازيت الاصطناعية “خام” في فرن به تركيز معروف من العناصر الأرضية النادرة. سيتم توفير هذه البلورات لفريق البيولوجيا التركيبية لإجراء تجارب النض على سلالات مختلفة من بكتيريا الجلوكوز.

الهدف هو اختبار كفاءة هذه الكائنات المركبة في إطلاق العناصر الأرضية النادرة من الخام. تحدث هذه العملية في الطبيعة ، ولكن ببطء شديد. على سبيل المثال ، تتسرب المعادن من المعادن عن طريق عمليات التجوية وبعضها تتوسط فيه البيولوجيا ، وهذا هو السبب في أن مياه البحر مالحة. “الصوديوم من القارات هو الذي جعل المحيطات مالحة.

قال جازيل: “إنه جزء كبير من تطور الكوكب والدورات الطبيعية للعناصر”. “لذلك ، نحن نوحد قوانا في مجال جديد تمامًا يجمع تجارب البيولوجيا التركيبية مع فهمنا للمعادن لحل تحديات القرن الحادي والعشرين.”

زميل ما بعد الدكتوراه أليكسا شميتز دكتوراه. ’18 ، بتمويل من معهد كورنيل لأنظمة الطاقة ؛ باحث ما بعد الدكتوراه ج. بريان بالتا. طالب الدكتوراه شون ميدين ، بتمويل من زمالة كورنيل الرئاسية لعلوم الحياة ؛ وانضم إلى المشروع فني المختبر Brooke Pian.

جازيل ووو وبارستو هم زملاء في مركز كورنيل أتكينسون للاستدامة ؛ التقى جازيل وبارستو بالصدفة في عام 2018 في حفل غداء من كورنيل أتكينسون حول تحديات الطاقة ، والذي أدى أولاً إلى منحة كورنيل أتكينسون الأكاديمية للمشروع الأولي في عام 2019 ، والآن إلى المنحة الفيدرالية.

المصدر

https://news.cornell.edu/stories/2020/10/using-microbes-scientists-aim-extract-rare-earth-elements