Les bactéries sont meilleures que nous pour extraire des éléments de terres rares

Une protéine produite par certaines bactéries peut non seulement tirer les aspects néodyme et dysprosium du minerai dans lequel elles sont découvertes, mais les différencier l’une de l’autre. Avec une demande croissante pour ces métaux, grâce à leur rôle dans les éoliennes et les camions électriques qui s’ajoutent aux besoins existants en appareils intelligents, cette découverte pourrait changer la donne dans la course à la décarbonisation.

Malgré leur nom, les composants terrestres rares ne sont pas vraiment si rares. Le néodyme, par exemple, est le 27e composant le plus typique de la croûte terrestre, loin devant le mercure (67e) et l’or (75e). La quantité de néodyme qui doit être ajoutée au fer pour fabriquer des aimants merveilleusement efficaces n’est pas énorme, il n’y a donc aucun risque que le monde s’épuise. Malheureusement, néanmoins, extraire et améliorer ces composants utiles est une organisation désagréable et coûteuse.

Une technologie décrite dans La nature pourrait changer cela. Des chercheurs de la Penn State University ont révélé qu’un type particulier de protéine lanmoduline peut distinguer des composants incroyablement comparables.

 » La biologie parvient à séparer les terres inhabituelles de tous les autres métaux – et maintenant, nous pouvons voir comment il fait même la distinction entre les terres rares qu’il trouve utiles et celles qui ne le sont pas », a déclaré le Dr Joseph Cotruvo dans une déclaration.  » Nous démontrons comment nous pouvons adapter ces méthodes pour la guérison et la séparation des terres rares. « 

La difficulté de l’extraction des lanthanides, qui comprennent la majorité des éléments de terres rares, est qu’ils n’apparaissent jamais en type pur. Étant mélangés avec des composants typiques, les lanthanides existent ensemble dans la nature, et la chimie comparable qui les transfère au même endroit limite également la séparation.

« Il faut les sortir de la roche, qui fait partie de le problème, mais pour lequel de nombreux services existent », a déclaré Cotruvo.  » Vous rencontrez un deuxième problème une fois qu’ils sont sortis, car vous devez séparer plusieurs terres inhabituelles les unes des autres. C’est le plus grand et le plus intrigant obstacle, faire la distinction entre les terres inhabituelles privées, car elles sont si semblables. . »

Les procédures existantes incluent des actions récurrentes, souvent nombreuses, chacune nécessitant des produits chimiques toxiques.

Six ans plus tôt, Cotruvo et ses collègues ont séparé une protéine qu’ils ont appelée lanmoduline des germes méthylotrophes, qui, selon eux, se lient plus de 100 millions de fois plus aux lanthanides que les métaux plus courants.

Bien que potentiellement utile, cette ne résout pas ce que Cotruvo gardait à l’esprit comme étant la partie la plus difficile du problème, la décomposition d’un mélange de 15 éléments.

La lanmoduline s’avère être un foyer de centaines de protéines d’apparence similaire produites par différentes bactéries. Les germes Hansschlegelia quercus trouvés dans les bourgeons de chêne anglais peuvent différencier les lanthanides, ainsi que les séparer tous des autres métaux.

Lors de la liaison à un lanthanide léger, les types de lanmoduline de Hansschlegelia ensembles de deux molécules identiques (dimères), mais avec des membres beaucoup plus lourds du groupe, il va en solo.

« C’était surprenant car ces métaux sont vraiment de taille comparable », a déclaré Cotruvo.  » Cette protéine a la capacité de distinguer à une échelle inimaginable pour la majorité d’entre nous — quelques billionièmes de mètre, une distinction qui est inférieure à un dixième du diamètre d’un atome.  » Comment l’avantage des germes est incertain .

En connectant la protéine à des billes sans impliquer de germes, le groupe a montré la capacité de la protéine à séparer le néodyme et le dysprosium, les 2 lanthanides utilisés dans les batteries permanentes, sans nécessiter de solvants naturels ni de températures élevées.

Distinguer entre une moitié des lanthanides et l’autre peut supprimer quelques phases du processus de séparation, mais laisse encore beaucoup de travail à faire. Le néodyme et le dysprosium sont séparés de 6 domaines sur le tableau périodique. Ce qu’il faut en fait, c’est une version qui identifie chacun de ses voisins immédiats, qui ne mesurent que quelques billionièmes de mètre de taille différente.

En utilisant la cristallographie aux rayons X, l’équipe a trouvé un seul acide aminé qui est vital pour le traitement différentiel des aspects par la lanmoduline.

 » Avec une optimisation supplémentaire de ce phénomène … une séparation efficace des terres rares qui se trouvent côte à côte sur la table des éléments pourrait être à portée de main », a déclaré Cotruvo.

Avec les avantages environnementaux et financiers, le travail pourrait avoir une importance géopolitique substantielle. La Chine domine production de terres rares, non pas parce que d’autres pays manquent de gisements, mais parce que d’autres n’ont pas enduré la contamination actuellement impliquée dans leur traitement. Cette domination inquiète maintenant les États-Unis et leurs alliés, ce qui rend les stratégies plus propres de loin préférées.

La recherche étude est publiée dans Nature.