Бактериальный прорыв: микробы помогают добывать редкие металлы из старых отходов аккумуляторов

Исследователи предложили метод извлечения редких металлов с помощью бактерий, необходимых для развития зеленых технологий.

Группа ученых из Эдинбургского университета под названием The Horsfall Group намерена использовать микроорганизмы для извлечения лития, кобальта, марганца и других минералов из старых батареек и выброшенного электронного оборудования.

Некоторые бактерии способны уменьшать содержание катионов металлов и образовывать осадки чистых металлов с нулевой валентностью в качестве стратегии выживания при опасных концентрациях катионов металлов.

«Наши прорывные инновации приведут к разработке уникальных и устойчивых новых продуктов, полученных из отходов и побочных продуктов, и продемонстрируют их экономически эффективное и энергосберегающее производство с использованием новых технологий биопроизводства», — говорится на веб-сайте исследовательской группы.

Развитие экономики замкнутого цикла

В связи с быстрым ростом использования электромобилей в Великобритании (по прогнозам, с сегодняшнего дня этот показатель вырастет с 1 из 200 до 1 из 12 к 2030 году и до 9 из 10 к 2050 году) ожидается, что углеродный след транспортных средств существенно сместится с производства на утилизацию после окончания срока службы.

Автомобильная промышленность Великобритании, вносящая значительный вклад в экономику: в год производится более 1,7 млн ​​автомобилей, а оборот в 2016 году составил 77,5 млрд фунтов стерлингов, сталкивается с растущей проблемой управления отслужившими свой срок аккумуляторными батареями электромобилей.

По оценкам, к 2040 году около 1 миллиона электромобилей ежегодно будут выходить из строя, что приведет к образованию около 0,5 миллиона тонн аккумуляторов , подлежащих переработке.

По словам исследователей, эффективная переработка литий-ионных аккумуляторов имеет решающее значение не только по экологическим причинам, но и из-за ограниченных поставок в Великобритании основных материалов для аккумуляторов, таких как кобальт, литий и никель.

Неспособность перерабатывать эти материалы приведет к увеличению зависимости от импорта, что повысит потенциальные стратегические проблемы. Кроме того, из-за ограниченной доступности металлов безопасность поставок и дефицит стали глобальными проблемами.

 «Для всех этих фотоэлектрических устройств, беспилотников, 3D-печатных машин, водородных топливных элементов, ветряных турбин и двигателей для электромобилей требуются металлы, многие из которых редкие, которые являются ключевыми для их работы», — рассказала изданию Guardian Луиза Хорсфолл, заведующая кафедрой устойчивой биотехнологии в университете .

Исследователи подчеркивают необходимость перехода к циклической, более устойчивой экономике, в которой мы будем использовать имеющиеся у нас ресурсы более разумно для решения глобального кризиса. По их словам, основные принципы циклической экономики заключаются в том, что отходы являются недоиспользуемым сырьем и что потоки отходов можно проектировать, создавать и повторно использовать, чтобы вписаться в цикл материалов.

Микробная переработка

Стремясь найти решение надвигающегося кризиса, исследователи рассматривали микробов как ключ к инновационному процессу переработки.

Бактерии — это замечательные организмы, способные выполнять уникальные и сложные процессы, такие как синтез металлических наночастиц. Эти бактерии, вероятно, делают это в качестве механизма детоксикации, прикрепляясь к атомам металла и превращая их в наночастицы, чтобы избежать отравления.

Хорсфолл и ее команда использовали эти бактериальные штаммы для переработки отходов электронных батарей и автомобилей. По данным Guardian, они растворили отходы, а затем использовали бактерии для нацеливания на определенные металлы, осаждая их в виде твердых соединений.

«Используя инструменты и методы синтетической биологии, а также итеративные циклы проектирования, сборки и тестирования, мы стремимся усовершенствовать, управлять и стандартизировать производство этих наноразмерных осадков как высокоценных продуктов», — говорят исследователи.

Сначала они успешно извлекли марганец, затем никель и литий. Используя другой штамм бактерий, им также удалось извлечь кобальт и никель.

Бактерии, используемые в этих процессах, были естественными штаммами. Заглядывая вперед, Хорсфолл и ее команда намерены использовать генно-отредактированные бактерии для повышения эффективности извлечения металлов, например, для разделения кобальта и никеля, возможности, которой у них сейчас нет.

Источник: https://interestingengineering.com/innovation/bacteria-aid-recycling-rare-metals