Новаторська розробка вчених з Університету Каліфорнії, Берклі, обіцяє революціонізувати видобуток рідкісноземельних елементів (РЗЕ), зробивши його екологічно чистим та економічно вигідним. Команда під керівництвом професора біоінженерії Синг-Вук Лі представила генетично модифікований вірус, здатний видобувати ці стратегічно важливі метали з шахтних вод, уникаючи при цьому катастрофічного забруднення довкілля, яке є характерним для сучасних методів. Ця розробка була нещодавно опублікована у науковому журналі «Nano Letters».
Рідкісноземельні елементи – це не просто блискучі метали, а невіддільна складова сучасних технологій, що впливають на майже кожен аспект нашого повсякденного життя. До цієї групи належать два перехідні метали – скандій та ітрій, а також п’ятнадцять лантаноїдів, включаючи прометій, європій та гадоліній. Хоча вони не є атомними “знаменитостями”, як золото чи платина, їхня здатність підвищувати мініатюризацію, ефективність, довговічність та продуктивність робить їх надзвичайно цінними. РЗЕ використовуються у виробництві споживчої електроніки – мобільних телефонів, комп’ютерів, телевізорів, світлодіодів, лінз для камер та флуоресцентних ламп. У промисловості вони незамінні для створення кольорових скла, лазерів, високоточного озброєння, апаратів МРТ, каталітичних перетворювачів, полірувальних порошків для виробництва напівпровідників, паливних елементів, акумуляторних батарей та транспортних засобів для всіх середовищ. Особливе значення має той факт, що близько 45% усіх РЗЕ у 2023 році, за даними уряду Канади, були використані для виробництва постійних магнітів, які є невіддільними компонентами вітрових турбін, електромобілів та навіть невеликих вібраційних елементів у смартфонах.
Існуючі методи видобутку РЗЕ є надзвичайно руйнівними, часто передбачають використання токсичних хімікатів та викликають серйозне забруднення екосистем. Нова біологічна розробка пропонує екологічну та економічно вигідну альтернативу цьому шкідливому процесу.
Як біоінженерний вірус збирає цінні елементи
Команда професора Лі трансформувала бактеріофаг – тип вірусу, що атакує бактерії та є абсолютно нешкідливим для людини та інших біологічних форм – у мікроскопічну “гірничу машину”. Для цього вчені генетично додали два спеціалізовані білки. Перший – це пептид, що зв’язує лантаноїди, розміщений на поверхні вірусу, який діє як своєрідний “кіготь” для збору РЗЕ. Другий – пептид еластинового мотиву, який, активуючись при зміні температури, виходить із розчину та доставляє зібрані РЗЕ для подальшого вилучення.
Застосування такого методу може врешті-решт замінити поширені та надзвичайно руйнівні методи сучасного видобутку, які завдають величезної шкоди екосистемам. «Це вагомий крок до більш сталого видобутку та відновлення ресурсів, – зазначив головний дослідник Синг-Вук Лі, який також є науковим співробітником Національної лабораторії Лоуренса Берклі. – Наше біологічне рішення пропонує екологічніший, низьковитратний та придатний для повторного використання спосіб забезпечення життєво важливими матеріалами, необхідними для майбутнього чистої енергії, водночас допомагаючи захистити довкілля».
Ці біовидобувні віруси мають ще одну визначальну перевагу – вони зберігають свою ефективність навіть після завершення роботи, що дозволяє використовувати їх багаторазово. Їх легко та недорого вирощувати в промислових масштабах – достатньо додати їх до бактерій, і коли бактерії розмножуються, вірус розмножується разом з ними. За словами Лі, новий метод є не лише екологічно чистим, але й надзвичайно простим, вимагаючи лише змішувального бака та нагрівача. За його допомогою вчені можуть використовувати “програмований, біологічний інструмент для виконання складного промислового завдання, яке наразі вимагає токсичних хімікатів та великої кількості енергії”.
Геополітичний контекст та світове лідерство Китаю
Будь-яка країна, що володіє запасами РЗЕ та впровадить цю технологію на своїй території, зможе значно зменшити залежність від міжнародних джерел цих елементів. Це, своєю чергою, сприятиме зростанню її економічної, промислової та політичної самостійності. Наразі Китай займає домінівне становище у виробництві РЗЕ, видобуваючи близько 240 000 тонн та переробляючи 189 179 тонн у 2023 році. Це становить колосальні 70% світового видобутку РЗЕ та 87% їх переробки. Така центральна позиція надає Пекіну значний вплив на світові ринки та ланцюжки постачань, що робить розробку альтернативних, екологічних та незалежних методів видобутку надзвичайно актуальною для багатьох держав, що прагнуть диверсифікувати свої джерела постачання.
Національна лабораторія Лоуренса Берклі, де професор Лі веде свої дослідження, є однією з найстаріших та найавторитетніших національних лабораторій Міністерства енергетики США. Розташована на пагорбах над кампусом Університету Каліфорнії, Берклі, вона відома своїми передовими дослідженнями у галузі матеріалознавства, енергетики та біонаук, постійно демонструючи відкриття, що впливають на майбутнє людства. Університет Каліфорнії, Берклі, своєю чергою, є одним з найпрестижніших державних університетів світу, відомим своїми визначними внесками у науку, інженерію та численні інші галузі, що підкреслює високий рівень цього інноваційного відкриття.
