استخراج عناصر أرضية نادرة بواسطة «البكتيريا»

بديلاً لعمليات التعدين والتكرير التقليدية

بكتيريا «أوكسيديان جلوكونوباكتر» يمكن توظيفها لاستخراج المعادن من الصخور

تعتبر العناصر الأرضية النادرة أمراً حيوياً للحياة الحديثة؛ حيث تدخل في كثير من الصناعات، ولكن تكريرها بعد التعدين أمر مكلف وضار بالبيئة، ولا تُقدِم عليه الدول التي تسعى للتخلص من المشكلات البيئية.
وبدلاً من الطرق التقليدية لاستخراج هذه العناصر، تصف دراسة جديدة نشرتها دورية «نيتشر كومينيكيشن» في 18 نوفمبر (تشرين الثاني) الماضي، إثباتاً لمبدأ هندسة جرثومة «أوكسيديان جلوكونوباكتر» التي يمكن توظيفها لاستخراج العناصر الأرضية النادرة بشكل مستدام، لتلبية الطلب المرتفع على استخراج هذه العناصر، وفي الوقت نفسه يتم تحقيق ذلك بتكلفة أقل وكفاءة عالية، مع مراعاة المعايير البيئية الأميركية.
والعناصر الأرضية المقصودة التي يوجد منها 15 في الجدول الدوري، ضرورية لكل شيء، من أجهزة الكومبيوتر والهواتف المحمولة والشاشات والميكروفونات وتوربينات الرياح والمركبات الكهربائية والموصلات، إلى الرادارات والسونارات وأضواء «ليد» والبطاريات القابلة لإعادة الشحن.
وتخلت بعض الدول عن عمليات التكرير التقليدية لاستخراج هذه العناصر الأرضية النادرة، وتوقف هذا الإنتاج في دولة مثل الولايات المتحدة منذ أكثر من 5 عقود، والآن يتم الاعتماد على استيراد هذه العناصر بالكامل من الصين، والتي يأتي منها ما بين 90 و95 في المائة من الإنتاج العالمي.
ولتلبية الاحتياجات السنوية للولايات المتحدة للعناصر الأرضية النادرة، سيلزم ما يقرب من 71.5 مليون طن من الخام لاستخراج 10 آلاف كيلوغرام من العناصر.
وتعتمد الطرق الحالية على إذابة الصخور بحمض الكبريتيك الساخن، متبوعاً باستخدام المذيبات العضوية، لفصل العناصر الفردية المتشابهة جداً بعضها عن بعض، في محلول، وهي العملية التي يمكن أن تساعد فيها البكتيريا بشكل صديق للبيئة.
وتشتهر بكتيريا «أوكسيديان جلوكونوباكتر» بصنع حمض يسمى «بيوليكسيفينت» الذي يذيب الصخور، وتستخدم البكتيريا الحمض لسحب الفوسفات من العناصر الأرضية النادرة. وبدأ الباحثون في التلاعب بجينات البكتيريا، بحيث يتم استخلاص العناصر بشكل أكثر كفاءة.
وللقيام بذلك استخدم الباحثون تقنية ساعد بوز بارستو، أستاذ الهندسة البيولوجية والبيئية في جامعة كورنيل في تطويرها، وتسمى Knockout Sudoku، والتي سمحت لهم بتعطيل 2733 جيناً في جينوم البكتيريا، حتى يتمكنوا من تحديد الجينات التي تلعب دوراً في إخراج العناصر من الصخور.
ويقول إستيبان جازيل، الأستاذ المشارك في علوم الأرض والغلاف الجوي بجامعة كورنيل، في تقرير نشره الموقع الإلكتروني للجامعة بالتزامن مع الدراسة، إنه «متفائل بشكل لا يصدق، فلدينا عملية هنا ستكون أكثر كفاءة من أي شيء تم القيام به من قبل».
ومن أبرز العناصر الأرضية النادرة التي تدخل في كثير من الصناعات، عناصر مثل اللانثانم والسيريوم والنيوديميوم والإيتريوم.
وسبق لفريق بحثي من قسم علوم الحياة بجامعة «آي إم سي» للعلوم التطبيقية بالنمسا، وبمشاركة الأكاديمية التشيكية للعلوم، وجامعتي «الدانوب كريمس» و«كارل لاندشتاينر» بالنمسا، ابتكار طريقة لاستخراجها من الخردة الإلكترونية بواسطة البكتيريا أيضاً.
وتعتمد هذه الطريقة على خردة إلكترونية، يتم تحويلها إلى شكل مسحوق مذاب في حمض النيتريك، ثم تتم إضافة محلول مغذى بتركيبة محددة بدقة إلى المسحوق المذاب، وكذلك الكائن الحي المستخدم في العملية، مثل الطحالب والفطريات، أو البكتيريا، مثل عصيات القش (Bacillus subtilis) أو البكتيريا القولونية (Escherichia coli)، وأخيراً يتم تنفيذ مجموعة من الخطوات لاستخراج العناصر الأرضية النادرة من هذه الكائنات الحية.