Les éléments de terres rares provenant du minerai sont vitaux pour la vie moderne, mais leur raffinage après l’extraction est coûteux, nuit à l’environnement et se produit principalement à l’étranger.
Une nouvelle étude décrit une preuve de principe pour l’ingénierie d’une bactérie, Gluconobacter oxydans, qui fait un grand pas vers la satisfaction de la demande croissante d’éléments des terres rares d’une manière qui correspond au coût et à l’efficacité des méthodes d’extraction et de raffinage thermochimiques traditionnelles et est suffisamment propre pour répondre aux normes environnementales américaines.
« Nous essayons de trouver une méthode respectueuse de l’environnement, à basse température et à basse pression pour extraire des éléments de terres rares d’une roche », a déclaré Buz Barstow, auteur principal de l’article et professeur adjoint d’ingénierie biologique et environnementale à L’Université de Cornell.
Les éléments – dont il y en a 15 dans le tableau périodique – sont nécessaires pour tout, des ordinateurs, téléphones portables, écrans, microphones, éoliennes, véhicules électriques et conducteurs aux radars, sonars, lampes LED et batteries rechargeables.
Alors que les États-Unis affinaient autrefois leurs propres éléments de terres rares, cette production s’est arrêtée il y a plus de cinq décennies. Or, le raffinement de ces éléments a lieu presque entièrement dans d’autres pays, notamment en Chine.
« La majorité de la production et de l’extraction d’éléments de terres rares est entre les mains de nations étrangères », a déclaré le co-auteur Esteban Gazel, professeur agrégé de sciences de la terre et de l’atmosphère à Cornell. « Donc, pour la sécurité de notre pays et de notre mode de vie, nous devons nous remettre sur la bonne voie pour contrôler cette ressource. »
Pour répondre aux besoins annuels des États-Unis en éléments de terres rares, environ 71,5 millions de tonnes (~ 78,8 millions de tonnes) de minerai brut seraient nécessaires pour extraire 10 000 kilogrammes (~ 22 000 livres) d’éléments.
Les méthodes actuelles reposent sur la dissolution de la roche avec de l’acide sulfurique chaud, suivie de l’utilisation de solvants organiques pour séparer les éléments individuels très similaires les uns des autres dans une solution.
« Nous voulons trouver un moyen de créer un bug qui fait mieux ce travail », a déclaré Barstow.
G. oxydans est connu pour fabriquer un acide appelé biolixiviant qui dissout la roche ; la bactérie utilise l’acide pour extraire les phosphates des éléments des terres rares. Les chercheurs ont commencé à manipuler les gènes de G. oxydans afin d’en extraire les éléments plus efficacement.
Pour ce faire, les chercheurs ont utilisé une technologie que Barstow a aidé à développer, appelée Knockout Sudoku, qui leur a permis de désactiver un par un les 2 733 gènes du génome de G. oxydans. L’équipe a organisé des mutants, chacun avec un gène spécifique inactivé, afin qu’ils puissent identifier quels gènes jouent un rôle dans l’extraction d’éléments de la roche.
« Je suis incroyablement optimiste », a déclaré Gazel. « Nous avons un processus ici qui va être plus efficace que tout ce qui a été fait auparavant. »
Alexa Schmitz, chercheuse postdoctorale au laboratoire de Barstow, est la première auteure de l’étude « Gluconobacter oxydans Knockout Collection Finds Improved Rare Earth Element Extraction », publiée dans Communication Nature.
L’étude a été financée par le Cornell Atkinson Center for Sustainability, le Cornell Energy Systems Institute, le Burroughs Welcome Fund et l’Advanced Research Projects Agency-Energy.
Source de l’histoire :
Matériaux fourni par L’Université de Cornell. Original écrit par Krishna Ramanujan, avec l’aimable autorisation du Cornell Chronicle. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.
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