Технологія процесів Бактерії як шукачі скарбів - спектр науки
Технологія процесів: бактерії як шукачі скарбів
Кожен старий стільниковий телефон, кожен зламаний ноутбук містить скарбницю дорогоцінної сировини: до 70 різних рідкісних і дорогих металів, таких як золото та платина, а також менш відомих видів, таких як неодим, лантан або ітрій. Але крихітні кількості цих "високотехнологічних спецій" важко знайти. Окрім того, що лише декілька використаних електричних приладів коли-небудь добираються до пункту збору брухту, все ще необхідні технічні інновації. Оскільки попередні процеси, за допомогою яких переробляються більш поширені метали, такі як мідь або алюміній, не підходять для ефективного вилучення дуже невеликих кількостей рідкісних металів з електронного брухту, наприклад.
У майбутньому тут допоможуть бактерії, грибки, дріжджі та водорості - і, можливо, одночасно очистити відходи токсичних важких металів. Теоретично процес "біосорбції" працює дуже просто: спочатку метали витягуються з відходів і розчиняються у відповідній рідині. Потім сильно розбавлений розчин металу пропускають через резервуар з біологічним фільтруючим матеріалом, виготовленим з живих клітин - частинки металу осідають там на певних білках на поверхні клітини. Якщо фільтр біомаси тоді насичується металами - що може збільшити його суху масу до 25 відсотків - метали хімічно відокремлюються від клітин за допомогою меншої кількості іншого розчинника. Врешті-решт виходить висококонцентрований розчин, що містить метал.
Теоретично дуже просто
Було б ідеально, якби ви могли вибрати, які метали витягуються із вихідного матеріалу в процесі процесу. Однак цього ще не вдалося досягти - поки що лише неясно відомо, які функціональні молекулярні ділянки стінки бактерії насправді беруть участь у фільтруючому ефекті. Кілька дослідницьких груп по всьому світу намагаються з'ясувати і працюють над питанням, як можна конкретно модифікувати поверхню клітини, щоб до неї прикріплювались лише бажані метали.
Інші групи, навпаки, спеціалізуються на видобуванні типових металів із дуже специфічної сировини - наприклад, Лінн Макаскі з Бірмінгемського університету, яка спеціалізується на видобутку металів з брухту та промислових шлаків. Наприклад, член команди Анжела Мюррей працює з дорожнім пилом. Оскільки дрібні частинки, що містять платину, паладій та родій, від’єднуються від автомобільних каталізаторів під час кожної подорожі. Прибирання автомобілів навіть збирає дорожній пил, але тоді переважно все опиняється на звалищі. Дороге утилізація цінностей, підкреслює Мюррей: "Наші вулиці вимощені платиною, так би мовити". Щоб дістати дорогоцінні предмети з пилу, дослідники використовують Кишкова паличка-Бактерії, які вже використовуються промислово для різних цілей і доступні дешево у великих кількостях. Крім того, їх можна багаторазово використовувати як фільтруючий матеріал для біосорбції - необхідна умова зробити процес привабливим для промислових цілей.
Незмінне на практиці
Однак сьогодні жодна процедура не розроблена повністю. Наприклад, залежно від складу вихідних матеріалів, у біофільтрах накопичуються абсолютно різні метали; а залишки міді, зокрема, можуть перешкоджати осадження більш бажаних, але менш концентрованих металів. "Якби я міг вибрати конкретний метал із суміші, я б став мільйонером", - сміється Макаскі.
Богуміл Волеський, почесний професор Університету Макгілла в Монреалі, застосовує інший підхід: на відміну від британських дослідників, він припускає, що біосорбція повинна застосовуватися спочатку для очищення стічних вод. Це не обов'язково повинно приносити прибуток і має очевидну перевагу в дуже низьких витратах - з приємним побічним ефектом відновлення металу. У підході Волеського це відіграє певну роль Саргасум-Морські водорості відіграють важливу роль як біофільтр, оскільки вони підходять для багатьох різних металів: Ви навіть можете використовувати їх для збагачення рідкісних земель, таких як лантан або європій. Водорості також безкоштовно ростуть у багатьох водоймах. Тепер хтось повинен просто зібрати його і доставити. На жаль, постачальників немає, бо все ще немає покупців - і навпаки.
Тим не менше, Волеський має добрий настрій: "Процес працює", це не що інше, як іонообмін, як це вже використовується, наприклад, для відновлення міді, цинку або нікелю зі стічних вод. Сьогодні використовувані фільтри - це в основному гранули, виготовлені з так званих адсорберних смол, на яких переважно прикріплюються різні метали, залежно від типу смоли. Ці синтетично відносно дорогі хімічні речовини потрібно замінити біомасою - вони дешевші, універсальніші та не споживають додаткової енергії для виробництва. Хороші стартові умови для кар’єри шукача скарбів на мікроорганізми.