La domanda di elementi delle terre rare è in aumento 315.000 tonnellate Entro il 2030. Nel frattempo, più di 40 milioni di tonnellate di rifiuti elettronici – computer, telefoni cellulari e altri dispositivi elettronici dismessi – viene generato ogni anno. Alcuni di questi rifiuti contengono gli stessi elementi di valore che stanno affrontando un aumento della domanda.

Nel corso degli anni sono stati proposti diversi metodi degni di nota per il recupero delle REE esaurite o basate sui rifiuti, come ad esempio minerario urbano O nanofiltrazione sistemi nelle tabelle. Un’idea in corso è quella di utilizzare microrganismi come i batteri per il “bioassorbimento” dei materiali desiderati, un processo biologico passivo in cui gli organismi si legano e rimuovono i materiali da una soluzione acquosa. La tecnologia non è stata ancora implementata su scala industriale, ma alcuni ricercatori sottolineano che le loro ultime scoperte rappresentano un importante passo avanti.

In L’ultimo foglioThomas Brock, professore presso l’Università tecnica di Monaco che studia biotecnologia sintetica e sostenibilità, e colleghi descrivono l’identificazione di 12 cianobatteri esotici che sono particolarmente bravi ad assorbire elementi delle terre rare. Questi tipi possono essere utilizzati per recuperare gli oggetti desiderati, pulendo anche terra e acqua. “[I]Questo non è qualcosa che ci aspettavamo in alcun modo”, ha detto Brock ad Ars.

Gli insoliti sospetti

La ricerca ha richiesto sei anni. Il team ha iniziato esaminando diversi tipi di alghe e batteri, ma nessuno di loro ha assorbito bene gli elementi delle terre rare. Pertanto, hanno rivolto la loro attenzione a dozzine di specie di cianobatteri. Alcuni provenivano da ambienti particolarmente inospitali per la maggior parte delle forme di vita. Ad esempio, il lago Natron, che è insolitamente alcalino, con un pH di circa 10e vede le temperature che può raggiungere 60 gradi Celsius (o 140 gradi Fahrenheit). Secondo Brock, non è chiaro se il modo in cui questi organismi si sono evoluti per prosperare in questi ambienti abbia contribuito alla loro capacità di divorare elementi delle terre rare.

Spesso le specie provenivano da habitat incredibilmente specializzati come gli aridi suoli desertici della Namibia, il lago alcalino Natron in Ciad, le fessure rocciose del Sud Africa o i corsi d’acqua inquinati della Svizzera. Questi erano “ambienti davvero estremi e unici”, ha detto Brock.

La maggior parte di questi batteri non è stata valutata prima per un potenziale biorisanamento. In laboratorio, i team hanno sottoposto le colture delle diverse specie a soluzioni acquose contenenti gli elementi delle terre rare lantanio, cerio e neodimio, quindi hanno verificato quanto bene gli elementi fossero trattenuti sulla loro superficie utilizzando la spettroscopia a infrarossi.

Un tipo precedentemente insolito di Niente scorte I cianobatteri si sono comportati al meglio. La sua biodisponibilità dei quattro elementi delle terre rare dalle soluzioni ha comportato un prelievo compreso tra 84,2 e 91,5 mg di metallo per grammo di biomassa. È stata la peggiore prestazione Scytonema ialenum Ad un tasso da 15,5 a 21,2 mg per grammo di biomassa. Tuttavia, il documento ha osservato che il rendimento di ciascun filtro dipendeva dall’acidità e che i processi erano più efficienti quando non c’erano altri metalli nella soluzione per competere con l’elemento delle terre rare target.

La sporca dozzina, ehm, il pulito

È anche possibile, e relativamente facile, recuperare REE desiderabili dalla biomassa. Si tratterebbe semplicemente di cambiare il pH della soluzione – con un acido o qualcosa come la liscivia – o la salinità. Gli elementi sono funzionalmente solo “lavati” dalla biomassa. Riportare successivamente la soluzione allo stato precedente consentirà al processo di ricominciare, il che significa che le colture di cianobatteri possono essere riutilizzate.

“Non è un affare uno-due in cui alla fine del piolo devi bruciare biomassa per recuperare i tuoi minerali”, ha detto Brock.

I ricercatori o gli attori industriali potrebbero creare bioreattori – recipienti specializzati che contengono biomassa microbica – per molti usi in futuro. In primo luogo, potrebbero essere utilizzati per raccogliere REE dalle discariche di rifiuti elettronici, sebbene ciò richiederebbe la conversione dei rifiuti elettronici in una forma che i microrganismi possono utilizzare. Ciò fornirebbe vantaggi ambientali rimuovendo i rifiuti da queste aree e creando potenzialmente posti di lavoro in alcune parti del mondo Dove i rifiuti elettronici vengono spediti regolarmente Dal Nord del mondo, località come Nigeria, Ghana e Tanzania. Quindi, ha aggiunto Brock, potrebbero essere utilizzati per ripulire e recuperare questi elementi dal deflusso industriale, come l’estrazione mineraria o dall’industria chimica.

Secondo Brock, la ricerca potrebbe essere un enorme passo avanti. Da questo punto in poi, i ricercatori sperano di espandersi in modo esponenziale, qualcosa che non è ancora stato fatto in questo campo. Hanno in programma di lavorare con partner in diversi settori per farlo, anche se questa è una prospettiva stimolante dato che si tratta di un processo abbastanza specializzato: non è come coltivare il mais in agricoltura, né è come i tradizionali metodi di raffinazione dei metalli. Nonostante ciò, i ricercatori sono fiduciosi sui risultati.

“Penso che ora siamo a un punto in cui possiamo dire: ‘Ehi, possiamo farlo funzionare'”, ha detto Brock.

Frontiere, 2023. DOI: 10.3389/fbioe.2023.1130939 (sui DOI)