Бактерии помогут в создании полезных ресурсов

Растущий рынок электронных отходов становится кладезем для добытчиков редкоземельных элементов. Фото с сайта www.freepik.com

Редкие земли становятся в наши дни синонимом технологической революции. Обычно под этим названием понимаются редкоземельные элементы, насчитывающие 17 наименований, запасов которых в мире не так уж много.

На прошедшей 16 марта в Москве Второй отраслевой конференции «Редкоземельные металлы 2023», посвященной рынку редкоземельных элементов, в частности, отмечалось, что по оценкам и расчетам группы анализа рынков MetalResearch, мировой рынок редкоземельных металлов в 2022 году показал значимое увеличение объема продаж во втором квартале 2022 года. Аналитики оценивают это изменение в +14,8% по отношению к первому кварталу 2022 года. Но это не главное. Если в первом квартале 2020 года объем продаж на рынке редкоземельных металлов оценивался в 322 022 тыс. долл., то уже во втором квартале 2022 года объем продаж оценили в 820 385 тыс. долл., что, однако, не показывает всю полноту изменения рынка за 2,5 года. При этом получилось, что показатель продаж был рекордно низким во втором квартале 2020 года, а рекордно высоким стал во втором квартале 2022 года.

Сравнение шести месяцев 2022 и 2021 года наиболее показательно с точки зрения понимания изменений, произошедших в 2022 году на рынке редкоземельных металлов, пока данные за полный 2022 год не появились. За шесть месяцев 2022 года по отношению к аналогичному периоду 2021 года аналитики MetalResearch оценили изменение объема продаж на рынке редкоземельных металлов на +60,3%, до уровня 1 535 131 тыс. долл.

Причины такого явления связаны в числе прочего с ростом электромобилестроения, где редкоземельный элемент литий. Из лития изготовляют аноды химических источников тока (аккумуляторов, например литий-хлорных аккумуляторов) и гальванических элементов с твердым электролитом (например, литий-хромсеребряный, литий-висмутатный, литий-окисномедный, литий-двуокисномарганцевый, литий-иодсвинцовый, литий-иодный, литий-тионилхлоридный, литий-оксидванадиевый, литий-фторомедный, литий-двуокисносерный элементы), работающих на основе неводных жидких и твердых электролитов (тетрагидрофуран, пропиленкарбонат, метилформиат, ацетонитрил).

Кобальтат лития и молибдат лития показали лучшие эксплуатационные свойства и энергоемкость в качестве положительного электрода литиевых аккумуляторов.

Гидроксид лития используется как один из компонентов щелочного электролита для аккумуляторов. Добавление гидроксида лития к электролиту тяговых железо-никелевых, никель-кадмиевых, никель-цинковых аккумуляторных батарей повышает срок их службы в три раза и емкость на 21% (за счет образования никелатов лития).

Алюминат лития – наиболее эффективный твердый электролит (наряду с цезий-бета-глиноземом).

С середины 1990-х годов КНР становится их крупнейшим производителем. В 2007–2008 годах в мире добывалось по 124 тыс. т редкоземельных элементов в год. Лидировал Китай, добывая до 120 тыс. т на месторождении Баян-Обо, принадлежащем государственной компании Inner Mongolia Baotou Steel Rare-Earth. В Индии – 2700 т, в Бразилии 650 т. В 2010-х годах Китай начал проводить политику ограничения добычи и экспорта редкоземельных металлов, что стимулировало рост цен. Понятно, что интерес к получению редкоземельных элементов, так сказать, альтернативным способом в мире растет. Научный журнал Frontiers in Bioengineering and Biotechnology опубликовал недавно данные об исследованиях группы ученых из Технического университета Мюнхена, которым удалось под руководством Томаса Брюка организовать добычу редкоземельных элементов из… сточных вод. Для этого они использовали цианобактерии. Ученые обнаружили, что этот вид бактерий может связывать редкоземельные элементы, извлекая их таким образом из отходов. Другими словами, они могут извлекать эти элементы из таких отходов, которые представляют собой использованные мобильные телефоны, камеры, электромоторы, предметы освещения и даже ветровые турбины. Именно в таких продуктах современной промышленности используются редкоземельные элементы, которые обладают электромагнетическими, оптическими или каталитическими свойствами, которых нет ни у одного из известных и распространенных металлов.

Мюнхенские ученые использовали и протестировали 12 различных подвидов цианобактерий. Им были предложены водные растворы, содержащие отходы с рядом редкоземельных металлов, таких как, например, лантан или тербий. Пять из этих подвидов заинтересовались редкоземельными элементами.

Как утверждают ученые, биомасса из цианобактерий имеет высокую долю соединений сахара, которые заряжены негативно. И они притягивают положительно заряженные ионы металлов, которые включаются в эту биомассу. Наиболее продуктивными оказались цианобактерии семейства Носток. Они добывали от 84,2 до 91,5 мг металла на 1 г биомассы. Причем подобные реакции протекают достаточно быстро – в считаные минуты. Главное с точки зрения будущей коммерциализации проекта заключается в том, что процесс носит двусторонний характер. То есть после выделения из биомассы цианобактерий редкоземельных элементов эта биомасса может использоваться повторно.