Процесно инженерство Бактерии като търсачи на съкровища - спектър на науката
Процесно инженерство: бактериите като ловци на съкровища
Всеки стар мобилен телефон, всеки счупен лаптоп съдържа съкровище от ценни суровини: до 70 различни редки и скъпи метали като злато и платина, както и по-малко известни видове като неодим, лантан или итрий. Но мъничките количества от тези „високотехнологични подправки“ са трудни за намиране. Освен факта, че само няколко използвани електрически устройства някога стигат до пункта за събиране на скрап, все още има нужда от технически иновации. Тъй като предишните процеси, при които се рециклират по-често срещани метали като мед или алуминий, не са подходящи за ефективно извличане на много малки количества редки метали от електронен скрап, например.
В бъдеще тук трябва да помагат бактерии, гъбички, дрожди и водорасли - а може би дори да почистват отпадъците от токсични тежки метали едновременно. Процесът на „биосорбция“ работи много просто на теория: Първо, металите се извличат от отпадъците и се разтварят в подходяща течност. След това силно разреденият метален разтвор се прекарва през резервоар с биологичен филтриращ материал, направен от живи клетки - металните частици са прикрепени към определени протеини на клетъчната повърхност. Ако след това филтърът за биомаса е наситен с метали - което може да увеличи сухото му тегло с до 25 процента - металите се отделят химически от клетките, като се използва по-малко количество друг разтворител. В крайна сметка се получава силно концентриран, съдържащ метал разтвор.
Теоретично много просто
Би било идеално, ако можете да изберете кои метали да се извличат от изходния материал в процеса. Това обаче все още не е постигнато - досега е само неясно известно кои функционални молекулярни участъци на бактериалната стена всъщност участват във филтърния ефект. Няколко изследователски екипа по целия свят се опитват да разберат и работят по въпроса как може селективно да се модифицира клетъчната повърхност по такъв начин, че само желаните метали да се прикрепят към нея.
Други групи, от друга страна, са специализирани в извличането на типични метали от много специфични суровини - като Лин Макаски от Университета в Бирмингам, която е специализирана в оползотворяването на метали от скрап и промишлена шлака. Членът на екипа Анджела Мъри работи например с прах от пътя. Тъй като фините частици, съдържащи платина, паладий и родий, се отделят от автомобилните катализатори по време на всяко пътуване. Почистващите превозни средства дори събират пътния прах, но тогава всичко обикновено се оказва на сметището. Скъпо изхвърляне на ценности, подчертава Мъри: "Нашите улици са покрити с платина, така да се каже." За да извадят скъпоценните предмети от праха, изследователите използват Ешерихия коли-Бактерии, които вече се използват индустриално за различни цели и се предлагат евтино в големи количества. В допълнение, те могат да бъдат използвани многократно като филтриращ материал за биосорбция - предпоставка, за да се направи процесът привлекателен за промишлени цели.
Неизмерими на практика
Днес обаче нито една процедура не е напълно разработена. Например, в зависимост от състава на суровините, в биофилтрите се натрупват напълно различни метали; и по-специално остатъците от мед могат да възпрепятстват отлагането на по-желани, но по-малко концентрирани метали. „Ако можех да избера определен метал от смес, щях да съм милионер“, смее се Макаски.
Бохумил Волески, почетен професор от университета Макгил в Монреал, възприема друг подход: за разлика от британските изследователи, той предполага, че биосорбцията трябва да се използва първо при пречистването на отпадъчни води. Това не е задължително да доведе до печалба и има явното предимство от много ниски разходи - с добре дошли страничен ефект от възстановяването на метали. Подходът на Волески играе роля тук Саргасум-Водораслите играят важна роля като биофилтър, защото са подходящи за много различни метали: Можете дори да го използвате за обогатяване на редки земи като лантан или европий. Водораслите също растат безплатно в много водни тела. Сега някой просто трябва да го събере и достави. За съжаление няма доставчици, защото все още няма купувачи - и обратно.
Въпреки това Волески е в добро настроение: „Процесът работи“, той не е нищо повече от йонен обмен, както вече се използва, например, за възстановяване на мед, цинк или никел от отпадъчните води. Използваните днес филтри са предимно гранули, направени от така наречените адсорберни смоли, върху които за предпочитане се закрепват различни метали, в зависимост от вида на смолата. Тези синтетично произведени, относително скъпи химикали трябва да бъдат заменени с биомаса - те са по-евтини, по-гъвкави и не използват никаква допълнителна енергия за производство. Толкова добри начални условия за кариера като иманяр на микроорганизми.