В США компания Battelle разработала технологию разделения редкоземельных элементов на основе белков с чистотой свыше 90%

Репортаж от Wedoany，Американская компания Battelle разработала технологию разделения редкоземельных элементов на основе белков, которая может предоставить американским производителям вариант переработки с сокращённым числом этапов обработки. Данная технология использует модифицированные кальций-связывающие белки и позволяет разделять лантан и неодим в ходе одностадийного процесса с чистотой и выходом, превышающими 90%.

Редкоземельные элементы являются важными материалами для постоянных магнитов электромобилей и ветряных турбин, а также для смартфонов, оборонного оборудования и передовых вычислительных устройств. Поскольку многие редкоземельные элементы ведут себя сходным образом при обычном химическом разделении, процессы разделения и переработки относятся к числу наиболее сложных этапов в цепочке поставок минерального сырья. По мере роста спроса со стороны соответствующих применений США ищут способы снижения уязвимости цепочек поставок критически важных минералов, и новая технология разделения может способствовать расширению внутренних вариантов переработки, не полагаясь полностью на существующие химические маршруты.

Исследовательская группа Battelle перевела инженерную химическую задачу в биологическую плоскость. Они сконструировали кальций-связывающие белки, способные различать разные редкоземельные элементы на молекулярном уровне, и модифицировали кальций-связывающие пептиды таким образом, чтобы белки могли избирательно взаимодействовать с конкретными редкоземельными элементами. Благодаря этому процесс не требует многократной химической обработки — целевые элементы в смешанном материальном потоке могут распознаваться непосредственно сконструированными белками.

В ходе испытаний на модельных выщелачивающих растворах и промышленном сырье команда подтвердила, что данный метод также позволяет удалять из потока ионы нередкоземельных элементов. В одностадийных испытаниях по разделению лантана и неодима чистота и выход превысили 90%.

Руководитель исследований Battelle доктор Кейт Х. Кухарчик (Kate H. Kucharzyk) считает, что биология может расширить доступный инструментарий для извлечения минерального сырья. Она отметила: «Биология может стать важным новым компонентом решений в области разделения и извлечения. Сконструированные белки способны с исключительной точностью избирательно распознавать и разделять редкоземельные элементы».

Данное исследование финансировалось в рамках программы «Окружающие микробы как биоинженерный ресурс» (Environmental Microbes as a Bioengineering Resource) Агентства перспективных оборонных исследовательских проектов США (DARPA). В Battelle заявили, что данный белковый процесс обладает потенциалом для масштабирования до коммерческого применения.

При переходе от лаборатории к промышленному применению сохраняются инженерные вызовы. Обработка больших объёмов материала может потребовать значительных изменений в производстве белков, их рециркуляции и конструкции системы. Исследователям также необходимо подтвердить эффективность сконструированных белков на различных видах сырья и в реальных рабочих условиях, поскольку промышленное минеральное сырьё имеет сложный состав и отличается от контролируемых лабораторных образцов.

Долговечность белков в ходе повторяющихся циклов обработки также имеет ключевое значение — любая коммерческая система должна поддерживать стабильные показатели разделения при контроле эксплуатационных затрат. Данная демонстрационная работа показывает одно из направлений пересечения биотехнологий и минеральной переработки; сконструированные белки в конечном итоге могут стать новым инструментом для извлечения стратегических материалов внутри США.