Un nuovo studio descrive una prova di principio per l’ingegneria di un batterio, Gluconobacter oxydans, che compie un grande primo passo verso la soddisfazione della crescente domanda di elementi delle terre rare in un modo che corrisponda al costo e all’efficienza dei tradizionali metodi di estrazione e raffinamento termochimici ed è sufficientemente pulito da soddisfare gli standard ambientali.
“Stiamo cercando di trovare un metodo ecologico, a bassa temperatura e bassa pressione per estrarre elementi di terre rare da una roccia”, ha affermato Buz Barstow, autore senior del documento e assistente professore di ingegneria biologica e ambientale presso Università Cornell.
Terre rare: gli elementi sono fondamentali per la tecnologia
Gli elementi, di cui sono 15 nella tavola periodica, sono necessari per tutto, da computer, telefoni cellulari, schermi, microfoni, turbine eoliche, veicoli elettrici e conduttori a radar, sonar, luci a LED e batterie ricaricabili.
Mentre gli Stati Uniti una volta affinavano i propri elementi delle terre rare, quella produzione si è interrotta più di cinque decenni fa. Ora, il perfezionamento di questi elementi avviene quasi interamente in altri paesi, in particolare in Cina.
“La maggior parte della produzione ed estrazione di elementi delle 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 sulla buona strada per controllare quella risorsa”.
Per soddisfare il fabbisogno annuale degli Stati Uniti di elementi delle terre rare, 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’uso di solventi organici per separare elementi individuali molto simili l’uno dall’altro in una soluzione.
“Vogliamo trovare un modo per creare un bug che faccia meglio questo lavoro”, ha detto Barstow.
G. oxydans è noto per produrre un acido chiamato biolixiviant che dissolve la roccia; i batteri usano l’acido per estrarre i fosfati dagli elementi delle terre rare. I ricercatori hanno iniziato a manipolare i geni di G. oxydans in modo che estragga gli elementi in modo più efficiente.
Per fare ciò, i ricercatori hanno utilizzato una tecnologia che Barstow ha contribuito a sviluppare, chiamata Knockout Sudoku, che ha permesso loro di disabilitare uno per uno i 2.733 geni nel genoma di G. oxydans. Il team ha curato i mutanti, ciascuno con un gene specifico eliminato, in modo da poter identificare quali geni giocano un ruolo nell’ottenere elementi dalla roccia.
“Sono incredibilmente ottimista”, ha affermato Gazel. “Abbiamo un processo qui che sarà più efficiente di qualsiasi cosa sia stata 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.
