Модифицированные бактерии могут сделать добычу редкоземельных элементов более чистой и дешевой

Редкоземельные элементы (РЗЭ) играют ключевую роль в современных технологиях, от смартфонов до оборудования для возобновляемых источников энергии. Однако разделение этих металлов представляет собой серьёзную проблему из-за их схожих химических свойств. Недавнее открытие группы исследователей из Университета штата Пенсильвания, возглавляемой профессором химии Джозефом Котруво-младшим, предлагает инновационное решение с использованием природного белка.

Белок, называемый LanD, может эффективно отделять ценные редкоземельные элементы, такие как неодим и празеодим, которые необходимы для производства высокотехнологичного оборудования, включая ветряные турбины и аккумуляторы. Эти элементы часто бывают трудно различимы, поскольку обладают схожими характеристиками. На сегодняшний день существующие методы разделения РЗЭ — дорогие, неэффективные и основаны на токсичных химикатах, что делает процесс не только затратным, но и вредным для окружающей среды.

В своей работе учёные использовали белок LanD, который изначально был обнаружен в бактерии Methylobacterium extorquens. Эта бактерия, растущая на метаноле, для своего роста требует определённых редкоземельных элементов, таких как лантан и церий. Однако она также сталкивается с другими элементами, которые менее полезны для её выживания. В этом процессе на помощь приходят белки LanD и LanM. В то время как LanM связывается с широким спектром редкоземельных элементов, LanD специализируется на связывании более ценных лёгких элементов, таких как неодим и празеодим.

Белок LanD обладает уникальной структурой, которая действует как "замок", эффективно отделяя ценнейшие металлы от менее полезных. Как пояснил Котруво, "LanD предпочитает неодим", что позволяет ему избирательно захватывать эти элементы с высокой точностью.

Открытие имеет огромный потенциал для революционизации методов разделения редкоземельных элементов, предлагая более экологичный и экономичный способ по сравнению с традиционными методами, которые часто используют токсичные химикаты. Кроме того, оно может снизить зависимость от импорта редкоземельных элементов, значительная часть которых в США поступает из-за рубежа.

Исследовательская группа также усовершенствовала белок LanD, модифицируя его участок связывания. Это улучшение повысило эффективность разделения неодима и празеодима, обеспечив более точное отделение этих элементов от менее ценных металлов.

Сотрудничество белков LanD и LanM открывает новые возможности для создания эффективных и экологичных методов сортировки сложных смесей редкоземельных элементов. LanM хорошо работает с тяжёлыми элементами, а LanD фокусируется на лёгких, ценных металлах, что позволяет этим белкам работать в тандеме для более точного и эффективного разделения.

Это исследование открывает путь к новым экологически чистым методам переработки редкоземельных элементов из таких источников, как переработанные отходы технологий или отходы горнодобывающей промышленности. В будущем учёные планируют продолжить совершенствовать белок LanD, что может привести к ещё более эффективным и масштабируемым методам разделения металлов. Котруво надеется, что их открытие вдохновит на создание новых способов сортировки и других трудноразделимых металлов с использованием белков, что значительно улучшит экологическую ситуацию в сфере добычи и переработки полезных ископаемых.