Μια τεχνική διαχωρισμού με βάση πρωτεΐνες από την Battelle θα μπορούσε να προσφέρει στους Αμερικανούς κατασκευαστές έναν νέο τρόπο ανάκτησης σπάνιων γαιών με λιγότερα στάδια επεξεργασίας.
Οι κατασκευές των πρωτεϊνών
Οι ερευνητές κατασκεύασαν πρωτεΐνες που συνδέονται με ασβέστιο, οι οποίες μπορούν να διακρίνουν μεταξύ των σπάνιων γαιών σε μοριακό επίπεδο. Δοκιμές διαχώρισαν το λανθάνιο και το νεοδύμιο με καθαρότητα και απόδοση άνω του 90% σε ένα μόνο στάδιο.
Το αποτέλεσμα θα μπορούσε να έχει σημασία για τις Ηνωμένες Πολιτείες, καθώς αυξάνεται η ζήτηση για υλικά που χρησιμοποιούνται σε προηγμένα ηλεκτρονικά και μόνιμους μαγνήτες. Η επεξεργασία σπάνιων γαιών παραμένει δύσκολη, επειδή πολλά από τα στοιχεία συμπεριφέρονται παρόμοια κατά τον συμβατικό χημικό διαχωρισμό.
Οι πρωτεΐνες στοχεύουν συγκεκριμένα στοιχεία
Οι ερευνητές της Battelle στράφηκαν στη βιολογία για ένα πρόβλημα που συνήθως αντιμετωπίζεται μέσω της χημικής μηχανικής. Τροποποίησαν πεπτίδια που συνδέονται με ασβέστιο για να αλληλεπιδρούν επιλεκτικά με συγκεκριμένα στοιχεία σπάνιων γαιών.
Αυτή η επιλεκτικότητα δίνει στη διαδικασία μια διαφορετική αρχή λειτουργίας από τις συμβατικές μεθόδους διαχωρισμού. Αντί να βασίζονται σε επαναλαμβανόμενη χημική επεξεργασία, οι τροποποιημένες πρωτεΐνες αναγνωρίζουν τα στοιχεία-στόχους μέσα σε μια ροή μικτών υλικών.
Οι ερευνητές δοκίμασαν την προσέγγιση χρησιμοποιώντας προσομοιωμένα εκπλύματα και βιομηχανικά υλικά πρώτης ύλης. Τα πειράματά τους αφαίρεσαν επίσης ιόντα που δεν ανήκουν στις σπάνιες γαίες από αυτά τα ρεύματα.
Το λανθάνιο και το νεοδύμιο παρείχαν μια σημαντική επίδειξη. Οι πρωτεΐνες διαχώρισαν τα δύο στοιχεία διατηρώντας παράλληλα καθαρότητα και απόδοση άνω του 90%. Αυτή η απόδοση θα μπορούσε να κάνει την προσέγγιση ενδιαφέρουσα για μελλοντικά συστήματα ανάκτησης. Η κλιμάκωση της διαδικασίας θα καθορίσει εάν τα εργαστηριακά αποτελέσματα μπορούν να μεταφραστούν σε πρακτικές βιομηχανικές λειτουργίες.
Νέα οδός επεξεργασίας
Ο διαχωρισμός σπάνιων γαιών αντιπροσωπεύει ένα από τα πιο δύσκολα στάδια στην αλυσίδα εφοδιασμού ορυκτών. Η εξόρυξη μπορεί να παράγει μετάλλευμα που περιέχει πολλαπλά στοιχεία, αλλά η απομόνωση μεμονωμένων υλικών απαιτεί εξαιρετικά επιλεκτική επεξεργασία. Αυτά τα υλικά υποστηρίζουν μόνιμους μαγνήτες σε ηλεκτρικά οχήματα και ανεμογεννήτριες. Εμφανίζονται επίσης σε smartphones, αμυντικό εξοπλισμό και προηγμένο υπολογιστικό υλικό.
Οι ΗΠΑ έχουν αναζητήσει πρόσθετους τρόπους για να μειώσουν τα τρωτά σημεία σε κρίσιμες αλυσίδες εφοδιασμού ορυκτών. Οι νέες τεχνολογίες διαχωρισμού θα μπορούσαν να βοηθήσουν στην επέκταση των εγχώριων επιλογών επεξεργασίας χωρίς να εξαρτώνται αποκλειστικά από καθιερωμένες χημικές οδούς.
Βιομηχανικό δυναμικό
Η έρευνα έλαβε υποστήριξη μέσω του προγράμματος Environmental Microbes as a Bioengineering Resource της DARPA. Η Battelle βλέπει τώρα δυνατότητες για την κλιμάκωση της διαδικασίας που βασίζεται σε πρωτεΐνες προς εμπορικές εφαρμογές. Οι μηχανικές προκλήσεις παραμένουν πριν η τεχνική μπορέσει να εισέλθει σε μια βιομηχανική μονάδα. Η επεξεργασία μεγάλων όγκων υλικών θα μπορούσε να απαιτήσει ουσιαστικές αλλαγές στην παραγωγή πρωτεϊνών, την ανάκτηση και τον σχεδιασμό του συστήματος.
Οι ερευνητές θα πρέπει επίσης να προσδιορίσουν την απόδοση των πρωτεϊνών σε διαφορετικές πρώτες ύλες και συνθήκες λειτουργίας. Τα βιομηχανικά ορυκτά ρεύματα μπορούν να περιέχουν σύνθετα μείγματα που συμπεριφέρονται διαφορετικά από τα ελεγχόμενα εργαστηριακά δείγματα.
Ένα άλλο ερώτημα αφορά την ανθεκτικότητα των πρωτεϊνών κατά τη διάρκεια επαναλαμβανόμενων κύκλων επεξεργασίας. Οποιοδήποτε εμπορικό σύστημα θα χρειαζόταν συνεπή απόδοση διαχωρισμού, διατηρώντας παράλληλα υπό έλεγχο το λειτουργικό κόστος.
Η επίδειξη εξακολουθεί να υποδεικνύει μια ασυνήθιστη διασταύρωση της βιοτεχνολογίας και της επεξεργασίας ορυκτών. Οι τροποποιημένες πρωτεΐνες θα μπορούσαν τελικά να γίνουν ένα ακόμη εργαλείο για την ανάκτηση στρατηγικά σημαντικών υλικών εντός των ΗΠΑ.
www.worldenergynews.gr
