희토류 원소에 대한 수요가 증가하고 있습니다. 315,000톤 2030년까지. 한편, 4천만 톤 전자 폐기물(컴퓨터, 휴대폰 및 기타 폐기 전자 장치)은 매년 발생합니다. 이러한 폐기물 중 일부는 수요 증가에 직면한 동일한 가치 있는 요소를 포함합니다.

수년에 걸쳐 사용된 또는 폐기물 기반 REE의 회수를 위한 몇 가지 주목할만한 방법이 제안되었습니다. 도시 광업 또는 나노 여과 테이블의 시스템. 진행 중인 아이디어 중 하나는 박테리아와 같은 미생물을 사용하여 원하는 물질의 “생체 흡수”(유기체가 수용액에서 물질을 결합하고 제거하는 수동 생물학적 과정)를 사용하는 것입니다. 이 기술은 아직 산업적 규모로 배치되지 않았지만 일부 연구자들은 최근 발견이 중요한 발전을 의미한다고 지적합니다.

~에 마지막 논문합성 생명 공학과 지속 가능성을 연구하는 뮌헨 공과 대학의 Thomas Brock 교수와 동료들은 희토류 원소를 특히 잘 흡수하는 12가지 이국적인 시아노박테리아를 식별했다고 설명합니다. 이러한 유형은 땅과 물을 청소하면서 원하는 항목을 검색하는 데 사용할 수 있습니다. “[I]이것은 우리가 어떤 식으로든 예상했던 것이 아닙니다.” Brock이 Ars에게 말했습니다.

특이한 용의자

연구에는 6년이 걸렸다. 연구팀은 다양한 종류의 조류와 박테리아를 조사하는 것으로 시작했지만, 그들 중 어느 것도 희토류 원소를 잘 흡수하지 못했습니다. 따라서 그들은 수십 종의 시아노박테리아에 관심을 돌렸습니다. 일부는 대부분의 생명체가 살기에 특히 열악한 환경에서 왔습니다. 예를 들어, 비정상적으로 알칼리성이며 pH가 약 10도달할 수 있는 온도 확인 섭씨 60도 (또는 화씨 140도). Brock에 따르면 이러한 유기체가 이러한 환경에서 번성하도록 진화하여 희토류 원소를 삼킬 수 있는 능력에 기여했는지는 확실하지 않습니다.

종종 종은 나미비아의 건조한 사막 토양, 차드의 알칼리성 나트론 호수, 남아프리카의 암석 틈 또는 스위스의 오염된 개울과 같은 믿을 수 없을 정도로 특화된 서식지에서 왔습니다. Brock은 “정말 극단적이고 독특한 환경”이라고 말했습니다.

이러한 박테리아의 대부분은 이전에 잠재적인 생물학적 정화에 대해 평가되지 않았습니다. 실험실에서 연구팀은 희토류 원소인 란타늄, 세륨, 네오디뮴을 함유한 수용액에 다른 종의 배양물을 적용한 다음 적외선 분광법을 사용하여 원소가 표면에 얼마나 잘 유지되는지 확인했습니다.

이전에 특징적이지 않은 유형의 재고 없음 시아노박테리아가 가장 잘 수행했습니다. 용액에서 4가지 희토류 원소의 생물학적 이용 가능성으로 인해 바이오매스 1g당 84.2~91.5mg의 금속이 회수되었습니다. 최악의 공연이었다 Scytonema hyalenum 바이오매스 1g당 15.5~21.2mg의 비율로. 그러나 이 논문은 각 필터의 ​​성능이 산도에 따라 달라지며 대상 희토류 원소와 경쟁할 다른 금속이 용액에 없을 때 프로세스가 가장 효율적이라고 언급했습니다.

더티 더즌, 어, 더 클린

바이오매스에서 원하는 REE를 회수하는 것도 가능하고 상대적으로 쉽습니다. 그것은 단순히 용액의 pH(산 또는 잿물과 같은 것) 또는 염분을 변경하는 문제일 것입니다. 요소는 기능적으로만 바이오매스에서 “세척”됩니다. 나중에 용액을 이전 상태로 되돌리면 프로세스를 다시 시작할 수 있으며 이는 시아노박테리아 배양물을 재사용할 수 있음을 의미합니다.

브록은 “말뚝 끝에서 미네랄을 회수하기 위해 바이오매스를 태워야 하는 일대일 거래가 아니다”라고 말했다.

연구원이나 산업 행위자는 미래에 많은 용도로 미생물 바이오매스를 포함하는 특수 용기인 바이오리액터를 만들 수 있습니다. 첫째, 전자 폐기물 덤프에서 희토류 원소를 수집하는 데 사용할 수 있지만 이를 위해서는 전자 폐기물을 미생물이 사용할 수 있는 형태로 변환해야 합니다. 이것은 이러한 지역에서 폐기물을 제거함으로써 환경적 이점을 제공하고 잠재적으로 세계 일부 지역에서 일자리를 창출할 것입니다. 전자 폐기물이 정기적으로 운송되는 곳 Global North에서 나이지리아, 가나, 탄자니아와 같은 위치. 그런 다음 Brock은 광산이나 화학 산업과 같은 산업 유출수에서 이러한 항목을 청소하고 복구하는 데 사용할 수 있다고 덧붙였습니다.

Brock에 따르면 이 연구는 큰 진전이 될 수 있습니다. 이 시점부터 연구원들은 이 분야에서 아직 수행되지 않은 기하급수적으로 확장되기를 희망합니다. 그들은 이것을 하기 위해 다른 산업 분야의 파트너들과 협력할 계획이지만, 그것이 상당히 전문화된 과정이라는 점을 감안할 때 그것은 벅찬 전망입니다. 그것은 농업에서 옥수수를 재배하는 것과도 다르고 전통적인 금속 정제 방법과도 다릅니다. 그럼에도 불구하고 연구원들은 결과에 대해 희망적입니다.

브록은 “이제 우리는 ‘이봐, 우리는 이 일을 할 수 있어’라고 말할 수 있는 단계에 와 있다고 생각한다”고 말했다.

프론티어, 2023. DOI: 10.3389/fbioe.2023.1130939 (DOI에 대해)