fonte:Phys.org

Gli elementi delle terre rare contenuti nei minerali sono essenziali per la vita moderna, ma la loro raffinazione dopo l'estrazione è costosa, danneggia l'ambiente e avviene principalmente all'estero.

Un nuovo studio descrive una prova di principio per la progettazione di un batterio, il Gluconobacter oxydans, che rappresenta un grande primo passo verso la soddisfazione della crescente domanda di elementi delle terre rare, in un modo che eguaglia i costi e l'efficienza dei tradizionali metodi di estrazione e raffinazione termochimici e che è sufficientemente pulito da soddisfare gli standard ambientali degli Stati Uniti.

"Stiamo cercando di elaborare un metodo ecologico, a bassa temperatura e bassa pressione per estrarre elementi delle terre rare da una roccia", ha affermato Buz Barstow, autore principale dello studio e professore associato di ingegneria biologica e ambientale presso la Cornell University.

Gli elementi, che nella tavola periodica sono 15, sono necessari per ogni cosa: dai computer ai cellulari, dagli schermi ai microfoni, dalle turbine eoliche ai veicoli elettrici, dai conduttori ai radar, ai sonar, alle luci LED e alle batterie ricaricabili.

Sebbene gli Stati Uniti un tempo raffinassero le proprie terre rare, la produzione si è interrotta più di cinquant'anni fa. Ora, la raffinazione di questi elementi avviene quasi interamente in altri Paesi, in particolare in Cina.

"La maggior parte della produzione ed estrazione di terre rare è nelle mani di nazioni straniere", ha affermato il coautore Esteban Gazel, professore associato di scienze della terra e dell'atmosfera alla Cornell. "Quindi, per la sicurezza del nostro Paese e del nostro stile di vita, dobbiamo tornare a controllare questa risorsa".

Per soddisfare il fabbisogno annuale di terre rare degli Stati Uniti, sarebbero necessari circa 71,5 milioni di tonnellate (~78,8 milioni di tonnellate) di minerale grezzo per estrarre 10.000 chilogrammi (~22.000 libbre) di elementi.

I metodi attuali si basano sulla dissoluzione della roccia con acido solforico caldo, seguita dall'impiego di solventi organici per separare gli uni dagli altri elementi singoli molto simili in una soluzione.

"Vogliamo trovare un modo per realizzare un bug che svolga meglio questo compito", ha affermato Barstow.

G. oxydans è noto per la produzione di un acido chiamato biolixiviante che dissolve le rocce; il batterio utilizza l'acido per estrarre i fosfati dagli elementi delle terre rare. I ricercatori hanno iniziato a manipolare i geni di G. oxydans affinché estragga gli elementi in modo più efficiente.

Per riuscirci, i ricercatori hanno utilizzato una tecnologia sviluppata da Barstow, chiamata Knockout Sudoku, che ha permesso loro di disattivare uno a uno i 2.733 geni del genoma di G. oxydans. Il team ha selezionato mutanti, ognuno con un gene specifico disattivato, in modo da poter identificare quali geni svolgano un ruolo nell'estrazione degli elementi dalla roccia.

"Sono incredibilmente ottimista", ha detto Gazel. "Abbiamo un processo che sarà più efficiente di qualsiasi cosa fatta prima."

Alexa Schmitz, ricercatrice post-dottorato nel laboratorio di Barstow, è la prima autrice dello studio "Gluconobacter oxydans Knockout Collection Finds Improved Rare Earth Element Extraction", pubblicato su Nature Communications.

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Data di pubblicazione: 04-07-2022