المصدر: Phys.org

تعتبر العناصر الأرضية النادرة من الخام حيوية للحياة الحديثة ولكن تنقيتها بعد التعدين أمر مكلف ويضر بالبيئة ويحدث في الغالب في الخارج.

تصف دراسة جديدة دليلاً على مبدأ هندسة البكتيريا، Gluconobacter oxydans، والتي تتخذ خطوة أولى كبيرة نحو تلبية الطلب المتزايد على العناصر الأرضية النادرة بطريقة تتناسب مع تكلفة وكفاءة طرق الاستخلاص والتكرير الكيميائية الحرارية التقليدية وهي نظيفة بما يكفي لتلبية المعايير البيئية الأمريكية.

قال بوز بارستو، المؤلف الرئيسي للدراسة وأستاذ مساعد في الهندسة البيولوجية والبيئية بجامعة كورنيل: "نحاول التوصل إلى طريقة صديقة للبيئة ومنخفضة الحرارة والضغط لاستخراج العناصر الأرضية النادرة من الصخور".

العناصر -التي يوجد منها 15 عنصرًا في الجدول الدوري- ضرورية لكل شيء بدءًا من أجهزة الكمبيوتر والهواتف المحمولة والشاشات والميكروفونات وطواحين الهواء والمركبات الكهربائية والموصلات إلى الرادارات وأجهزة السونار ومصابيح LED والبطاريات القابلة لإعادة الشحن.

بينما كانت الولايات المتحدة تُكرّر عناصرها الأرضية النادرة بنفسها، توقّف إنتاجها منذ أكثر من خمسة عقود. أما الآن، فتُكرّر هذه العناصر بالكامل تقريبًا في دول أخرى، وخاصةً الصين.

قال إستيبان غازيل، الأستاذ المشارك في علوم الأرض والغلاف الجوي بجامعة كورنيل والمؤلف المشارك في الدراسة: "تسيطر دول أجنبية على معظم إنتاج واستخراج العناصر الأرضية النادرة. لذا، من أجل أمن بلدنا وأسلوب حياتنا، علينا العودة إلى مسار السيطرة على هذا المورد".

لتلبية احتياجات الولايات المتحدة السنوية من العناصر الأرضية النادرة، ستكون هناك حاجة إلى ما يقرب من 71.5 مليون طن (~78.8 مليون طن) من الخام لاستخراج 10 آلاف كيلوغرام (~22 ألف رطل) من العناصر.

تعتمد الطرق الحالية على إذابة الصخور بحمض الكبريتيك الساخن، ثم استخدام المذيبات العضوية لفصل العناصر الفردية المتشابهة جدًا عن بعضها البعض في المحلول.

وقال بارستو "نريد أن نكتشف طريقة لصنع حشرة تقوم بهذه المهمة بشكل أفضل".

تشتهر بكتيريا G. oxydans بإنتاج حمض يُسمى biolixiviant يُذيب الصخور؛ وتستخدم البكتيريا هذا الحمض لاستخلاص الفوسفات من العناصر الأرضية النادرة. وقد بدأ الباحثون بتعديل جينات G. oxydans لاستخراج العناصر بكفاءة أكبر.

لتحقيق ذلك، استخدم الباحثون تقنيةً ساهم بارستو في تطويرها، تُسمى "سودوكو التعطيل"، مكّنتهم من تعطيل 2733 جينًا في جينوم G. oxydans واحدًا تلو الآخر. قام الفريق بفرز طفرات، كل منها مُعطّل جين مُحدد، ليتمكنوا من تحديد الجينات التي تلعب دورًا في استخراج العناصر من الصخور.

قال غازيل: "أنا متفائل للغاية. لدينا عملية هنا ستكون أكثر كفاءة من أي عملية سابقة".

أليكسا شمتز، باحثة ما بعد الدكتوراه في مختبر بارستو، هي المؤلفة الأولى للدراسة "مجموعة Gluconobacter oxydans Knockout تجد تحسينًا في استخراج العناصر الأرضية النادرة"، والتي نُشرت في مجلة Nature Communications.

---

وقت النشر: 4 يوليو 2022