Le materie prime per la green economy le estrarranno i batteri?

Test pionieristici dimostrano che i batteri mutanti di Gluconobacter oxydans estraggono terre rare dalle rocce

[24 Novembre 2021]

Lo studio “Generation of a Gluconobacter oxydans knockout collection for improved extraction of rare earth elements” pubblicato frecentemente su Nature Communications rivela che un team di ricercatori della Cornell University sta  progettando batteri per risolvere i problemi derivanti dell’estrazione di elementi di terre rare dai minerali. Alla Cornell ricordano che si tratta di materie prime  vitali per la green economy «Ma raffinarle dopo l’estrazione è costoso, danneggia l’ambiente e avviene soprattutto  all’estero». Il problema è che «Questi elementi  – 15 dei quali nella tavola periodica – sono necessari per tutto, da computer, telefoni cellulari, schermi, microfoni, turbine eoliche, veicoli elettrici e radar, sonar, LED e batterie ricaricabili».

Il nuovo studio descrive un test per ingegnerizzare un batterio, il Gluconobacter oxydans, che ha permesso di fare un notevole primo passo avanti verso la soddisfazione della crescente domanda di elementi delle terre rare, rendendo questa tecnoca rivoluzionaria altrettanto economica ed efficiente dei tradizionali metodi di estrazione e raffinamento termochimici ed abbastanza pulita da soddisfare gli standard ambientali statunitensi.

L’autore senior dello studio Buz Barstow del Department of biological and environmental engineering della Cornell Universit, spiega che «Stiamo cercando di trovare un metodo ecologico, a bassa temperatura e bassa pressione per estrarre elementi delle terre rare da una roccia».

“, ha affermato Alexa Schmitz, ricercatrice post-dottorato nel laboratorio di Barstow, è la prima autrice dello studio, ” Generazione di una collezione knockout di Gluconobacter oxydans per una migliore estrazione di elementi delle terre rare “, pubblicato il 18 novembre su Nature Communications.

Mentre fino a 50 anni fa gli Usa raffinavano i loro elementi delle terre rare, ora la raffinazione  di questi elementi avviene quasi interamente in altri Paesi, in particolare in Cina e uno degli autori dello studio Esteban Gazel del Department of Earth and atmospheric sciences della Cornell, fa notare che «La maggior parte della produzione ed estrazione di elementi delle terre rare è nelle mani di nazioni straniere. Quindi, per la sicurezza del nostro Paese e del nostro stile di vita, dobbiamo tornare sulla buona strada per controllare quella risorsa».

Per soddisfare il fabbisogno annuale Usa di elementi delle terre rare, sarebbero necessarie circa 71,5 milioni di tonnellate di minerale grezzo per estrarre 10 tonnellate di elementi.  I metodi attuali si basano sulla dissoluzione della roccia con acido solforico caldo, seguita dall’uso di solventi organici per separare  i singoli elementi, molto simili l’uno dall’altro, in una soluzione.

Barstow evidenzia che «Vogliamo trovare un modo per creare un bug che faccia meglio questo lavoro», E G. oxydans sembra il candidato perfetto: è noto per produrre l’acido biolixiviant che dissolve la roccia. I batteri usano l’acido per estrarre i fosfati dagli elementi delle terre rare. I ricercatori hanno iniziato a manipolare i geni di G. oxydans in modo che estragga gli elementi in modo più efficiente. Per farlo, hanno utilizzato la tecnologia Knockout Sudoku che Barstow ha contribuito a sviluppare e che ha permesso loro di disabilitare uno per uno i 2.733 geni nel genoma di G. oxydans. Il team della Cornell si è poi preso cura dei mutanti, ciascuno con un gene specifico eliminato, in modo da poter identificare quali geni sovolgono un ruolo nell’ottenere elementi delle terre rare dalle rocce.

Schmitz ha identificato i geni coinvolti in due sistemi di G. oxydans: uno che frena l’acidificazione e un altro che la accelera e  spiega: «Crediamo che questo mutante non possa dire quando ne ha abbastanza del fosfato, quindi continua a produrre biolixiviant acido per dissolverne di più».

Il team sta anche lavorando per trovare modi per regolare il gene che accelera la produzione di acido e spera di creare un sistema nel quale i batteri vivono su zuccheri derivati ​​​​dalla cellulosa a basso costo per produrre energia.

Con il supporto del coautore dello studio Matt Reid, il laboratorio di Gazel ha aiutato a sviluppare tecniche di spettrometria di massa che Schmitz  ha utilizzato per misurare le concentrazioni di elementi delle terre rare in soluzioni nelle quali i batteri mutanti sono stati esposti al minerale. «Per alcuni dei mutanti, siamo stati in grado di ottenere concentrazioni molto elevate di elementi di terre rare dal minerale – conclude Gazel – Sono incredibilmente ottimista. Qui abbiamo un procedimento che sarà più efficiente di qualsiasi cosa sia stata fatta prima».