Quelle:Phys.org

Seltene Erden aus Erzen sind für das moderne Leben lebenswichtig, ihre Raffination nach dem Abbau ist jedoch kostspielig, schadet der Umwelt und erfolgt größtenteils im Ausland.

Eine neue Studie beschreibt den Machbarkeitsnachweis für die Entwicklung eines Bakteriums, Gluconobacter oxydans, das einen großen ersten Schritt zur Deckung der rasant steigenden Nachfrage nach Seltenen Erden darstellt und zwar auf eine Weise, die den Kosten und der Effizienz herkömmlicher thermochemischer Extraktions- und Veredelungsmethoden entspricht und sauber genug ist, um den US-Umweltstandards zu entsprechen.

„Wir versuchen, eine umweltfreundliche Methode zu entwickeln, mit der wir bei niedrigen Temperaturen und niedrigem Druck Seltene Erden aus einem Gestein gewinnen können“, sagte Buz Barstow, der leitende Autor des Artikels und Assistenzprofessor für Bio- und Umwelttechnik an der Cornell University.

Die Elemente – von denen es 15 im Periodensystem gibt – werden für alles benötigt, von Computern, Mobiltelefonen, Bildschirmen, Mikrofonen, Windturbinen, Elektrofahrzeugen und Leitern bis hin zu Radaren, Sonaren, LED-Leuchten und wiederaufladbaren Batterien.

Die USA haben einst ihre eigenen Seltenen Erden raffiniert, doch diese Produktion wurde vor über fünf Jahrzehnten eingestellt. Heute erfolgt die Raffination dieser Elemente fast ausschließlich in anderen Ländern, insbesondere in China.

„Der Großteil der Produktion und Gewinnung von Seltenen Erden liegt in den Händen ausländischer Staaten“, sagte Co-Autor Esteban Gazel, außerordentlicher Professor für Erd- und Atmosphärenwissenschaften an der Cornell University. „Um die Sicherheit unseres Landes und unserer Lebensweise zu gewährleisten, müssen wir die Kontrolle über diese Ressource zurückgewinnen.“

Um den jährlichen Bedarf der USA an Seltenen Erden zu decken, wären etwa 71,5 Millionen Tonnen (~78,8 Millionen Tonnen) Roherz erforderlich, um 10.000 Kilogramm (~22.000 Pfund) Elemente zu gewinnen.

Aktuelle Methoden basieren auf der Auflösung von Gestein mit heißer Schwefelsäure und der anschließenden Verwendung organischer Lösungsmittel, um sehr ähnliche Einzelelemente in einer Lösung voneinander zu trennen.

„Wir wollen einen Weg finden, einen Käfer zu entwickeln, der diese Aufgabe besser erfüllt“, sagte Barstow.

G. oxydans ist dafür bekannt, eine Säure namens Biolixiviant zu produzieren, die Gestein auflöst. Das Bakterium nutzt diese Säure, um Phosphate aus Seltenen Erden zu extrahieren. Forscher haben begonnen, die Gene von G. oxydans zu manipulieren, damit es die Elemente effizienter extrahiert.

Dazu nutzten die Forscher eine von Barstow mitentwickelte Technologie namens Knockout Sudoku. Mit dieser konnten sie die 2.733 Gene im Genom von G. oxydans nach und nach deaktivieren. Das Team kuratierte Mutanten, bei denen jeweils ein bestimmtes Gen ausgeschaltet war, um herauszufinden, welche Gene bei der Gewinnung von Elementen aus Gestein eine Rolle spielen.

„Ich bin unglaublich optimistisch“, sagte Gazel. „Wir haben hier einen Prozess, der effizienter sein wird als alles, was es bisher gab.“

Alexa Schmitz, Postdoktorandin in Barstows Labor, ist Erstautorin der in Nature Communications veröffentlichten Studie „Gluconobacter oxydans Knockout Collection Finds Improved Rare Earth Element Extraction“.

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Beitragszeit: 04.07.2022