Редкоземельные элементы (РЗЭ) стали настоящим сокровищем современного мира. Они не сверкают на красных дорожках, но их ценность для технологического прогресса трудно переоценить.
Команда биоинженера Сын-Вука Ли из Калифорнийского университета в Беркли разработала революционный метод добычи этих элементов с помощью генетически модифицированных вирусов, который может положить конец разрушительным последствиям традиционной горной промышленности. А может и наоборот.
В статье, опубликованной в журнале Nano Letters, исследователи описывают безвредный вирус, действующий как микроскопический подводный шахтёр. Он извлекает редкоземельные элементы из дренажных вод шахт и после изменения температуры и pH отдаёт их для сбора. Такой подход может стать альтернативой современным методам добычи, которые наносят колоссальный ущерб экосистемам.
«Это значительный шаг к более устойчивой добыче и восстановлению ресурсов», — отметил Сын-Вук Ли, который также является научным сотрудником Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли. По его словам, биологическое решение предлагает более экологичный, недорогой и перерабатываемый способ получения критически важных материалов для будущего чистой энергетики.
Команда Ли превратила бактериофаг — вирус, поражающий только бактерии и безопасный для человека, — в микродобывающую машину. Для этого добавили два специализированных белка. Первый представляет собой лантанид-связывающий пептид на поверхности фага, действующий как захват для сбора РЗЭ. Второй — эластиновый мотивный пептид, который при активации температурой выходит из раствора и доставляет собранные элементы.
Новый способ добычи ископаемых. Сам по себе вирус микроскопичен, но если использовать его в промышленных масштабах, многое может поменяться. Фото.
Сам по себе вирус микроскопичен, но если использовать его в промышленных масштабах, многое может поменяться.
Примечательно, что биодобывающие вирусы сохраняют эффективность после завершения цикла работы и могут использоваться повторно. Их легко и недорого выращивать в промышленных масштабах: достаточно добавить их к бактериям, и при размножении бактерий вирус реплицируется вместе с ними.
По словам Ли, новый метод биодобычи «не только экологичен, но и невероятно прост, требуя лишь смесительный резервуар и нагреватель». С его помощью можно использовать программируемый биологический инструмент для выполнения сложной промышленной задачи, которая сейчас требует токсичных химикатов и большого количества энергии.
Любая страна с запасами РЗЭ, внедрившая такую технологию, сможет снизить зависимость от международных источников этих элементов, укрепив экономическую, промышленную и политическую независимость. В настоящее время Китай лидирует в добыче РЗЭ, извлекая около 240 000 тонн и перерабатывая 189 179 тонн в 2023 году — это 70% мировой добычи и 87% переработки.
Мир испытывает огромную потребность в этих элементах. Они используются в потребительской электронике — мобильных телефонах, компьютерах, телевизорах, светодиодах, объективах камер. Незаменимы РЗЭ и для промышленных применений: красители для стекла, лазеры, вооружение, МРТ-сканеры, каталитические нейтрализаторы, полировальные порошки для производства полупроводников, топливные элементы, аккумуляторы и многое другое.
Наиболее распространённое применение РЗЭ в 2023 году — около 45%, согласно данным правительства Канады, — это производство постоянных магнитов, которые делают возможными ветровые турбины, электромобили и вибрирующий магнит в смартфоне.
РЗЭ используются почти во все сферах современного производства.