Рідкоземельні матеріали є “гарячою” темою для багатьох країн і Українська влада навіть підписала угоду про рідкоземельні елементи, умови якої нагадують втрату суверенітету. Тим часом, вчені запропонували новий доступніший спосіб очищення таких мінералів. До процесу залучать бюіологічні віруси.
Хоча рідкісноземельні елементи не є рідкісними, таку назву вони отримали внаслідок величезної складності з їхнього видобутку і очищення з гірських порід. Ці елементи зазвичай вони не утворюють значних концентрацій, окріс цього, рідкоземельні елементи дуже схржі один на одного, що викликає величезні складнощі з їхнім розділенням. Це вимагає великої та брудної інфраструктури, яка здатна переробляти породу з низькою концентрацією бажаних мінераліів.
Існують потенційно ефективніші підходи до вилучення таких елементів. Один з них передбачає використання бактеріофага, генетично модифікованого таким чином, щоб він міг приклеюватися до конкретних рідкісноземельних елементів вивільняти їх з гірської породи в розчин залежно від температурних умов.
Основна наукова стаття про цю технологію, опублікована в журналі Nano Letters, є недоступною без платної підписки, однак додатковий інформаційний PDF-файл містить певні технічні деталі. Також можна звернутися до попередньої роботи, опублікованої у Nano Letters у 2024 році колективом під керівництвом Inseok Chae, повний текст якої доступний у форматі PDF. У цій публікації автори описують механізм зв’язування, заснований на лантаноїд-зв’язувальному пептиді, який був адаптований з бактерії Methylobacterium extorquens.
У новому дослідженні до цієї системи було додано еластиноподібний пептид, що має термочутливі властивості. Це дозволяє ініціювати коацервацію після того, як фаги протягом певного часу перебувають у водному розчині, що містить рідкісноземельні елементи. Утворена суспензія значно спрощує відокремлення фагів від зібраних іонів рідкісноземельних елементів. Після цього фаги можуть бути повторно використані в наступному циклі. Процес створення нових модифікованих фагів також не є складним, оскільки, як показано в публікаціях, їх розмноження здійснюється шляхом інфікування бактерій Escherichia coli.
Питання того, чи є швидкість вилучення та можливість масштабування цього підходу економічно доцільними для промислового відновлення рідкісноземельних елементів, залишається відкритим. Водночас цей метод є ще одним яскравим прикладом використання наявних біологічних механізмів для вирішення нових технологічних завдань.
Рідкоземельні елементи – це група з сімнадцяти хімічних елементів, до якої входять п’ятнадцять лантаноїдів, а також скандій і ітрій. Попри назву, ці елементи не є винятково рідкісними в земній корі, однак зазвичай вони не зустрічаються у вигляді концентрованих родовищ. До рідкоземельних елементів належать, зокрема, неодим, празеодим, диспрозій, тербій, європій, лантан, церій та інші. Вони мають унікальні магнітні, оптичні, електронні та каталізаторні властивості, що робить їх критично важливими для сучасних технологій.
Рідкоземельні елементи широко застосовуються у виробництві постійних магнітів для електродвигунів, вітрових турбін і електромобілів, у дисплеях, лазерах, світлодіодах, акумуляторах, медичному обладнанні, а також у військовій та аерокосмічній промисловості. Вони є ключовими компонентами смартфонів, комп’ютерів, жорстких дисків, оптичних волокон і систем зв’язку. Через стратегічну важливість цих матеріалів їх постачання напряму впливає на розвиток високотехнологічних галузей і національну безпеку багатьох країн.
Класичні методи отримання рідкоземельних матеріалів включають гірничий видобуток, подрібнення руди, а також складні хіміко-металургійні процеси, зокрема кислотне вилуговування, екстракцію розчинниками та багатоетапне розділення елементів. Основна складність полягає в тому, що рідкоземельні елементи мають дуже схожі хімічні властивості, що ускладнює їх ефективне відокремлення один від одного. Крім того, ці процеси потребують значних обсягів токсичних реагентів, утворюють велику кількість відходів і часто супроводжуються забрудненням ґрунтів, води та повітря. Саме тому традиційні методи вважаються не лише технологічно складними, а й екологічно небезпечними, що стимулює пошук альтернативних, більш сталих підходів до вилучення рідкоземельних елементів.
