“Nadir toprak elementleri” (REE’ler) terimi, normalde yer kabuğunda çok küçük miktarlarda (milyonda 0,5 ila 67 parça arasında) bulunan, kimyasal olarak ilişkili 17 metalden oluşan bir aileyi ifade eder. Işık yayan diyotlar, cep telefonları, elektromotorlar, rüzgar türbinleri, sabit diskler, kameralar, mıknatıslar ve düşük enerjili ampuller de dahil olmak üzere modern teknolojide gerekli olmaları nedeniyle bunlara olan talep son birkaç on yılda sürekli olarak artmıştır ve 2030 yılına kadar artmaya devam etmesi beklenmektedir.
Kıt olmaları ve yüksek talep görmeleri nedeniyle pahalıdırlar. Örneğin, bir kilogram neodim oksit şu anda yaklaşık 200 Avro’ya mal olurken, bir kilogram terbiyum oksit şu anda yaklaşık 3.800 Avro’ya mal olmaktadır.
Dönüşüm Ekonomisinin Çevre Üzerinde Olumlu Etkileri
Ocak 2023’te İsveç’in Kiruna kentinde potansiyel yeni yatakların (bir milyon metrik tondan fazla) bulunmasına ve bunların büyük bir tantana ile kamuoyuna duyurulmasına rağmen, Çin bugün hala REE madenciliğinde neredeyse tekel konumundadır.
Tüm kaynakların geri dönüştürüldüğü ve birden fazla kez kullanıldığı “döngüsel” bir ekonominin, savurgan bir “doğrusal” ekonomiye tercih edilmesi mantıklıdır. O halde REE’leri de daha etkili bir şekilde geri dönüştürebilir miyiz?
Alman araştırmacılar cevabın gerçekten doğru olduğunu gösterdiler: Bazı sıra dışı fotosentetik siyanobakterilerin biyokütlesi, madencilik, metalürji veya e-atıkların geri dönüşümünden elde edilenler de dahil olmak üzere atık sulardaki REE’leri başarılı bir şekilde emebilir. Emildikten sonra REE’ler biyokütleden çıkarılabilir ve daha sonra kullanılmak üzere toplanabilir.
“Burada, REE bağlanması için en önemli kimyasal süreçleri tanımladık ve siyanobakteriyel biyokütle tarafından REE alımı için koşulları ayarladık. Eşzamanlı REE geri kazanımı ve endüstriyel atık su arıtımı için gelecekteki çevre dostu prosedürler bu siyanobakterileri kullanabilir” diyor makalenin son yazarı ve Münih Teknik Üniversitesi’nde profesör olan Dr. Thomas Brück.
Sulu çözeltilerden biyokütleye iyonları bağlamanın etkili, tersinir bir yöntemine biyosorpsiyon denir. 12 siyanobakteriyel suşun laboratuvar kültüründe nadir toprak elementleri lantan, seryum, neodim ve terbiyumu biyosorbe etme kabiliyeti Brück ve meslektaşları tarafından değerlendirilmiştir. Bu suşların çoğunun biyoteknoloji potansiyeli daha önce hiç değerlendirilmemişti. Bu suşlar Namibya çöllerinin kurak toprakları, küresel liken yüzeyi, Çad’daki natron gölleri, Güney Afrika’daki kaya çatlakları ve İsviçre’deki kirli dereler gibi son derece özelleşmiş çeşitli ortamlardan alınmıştır.
Bakterilerin Kimyasal Elementleri Toplama Yetenekleri
Bilim insanları, Scytonema hyalinum’un g başına 15,5 ila 21,2 mg ile en düşük verimliliğe sahip olduğunu, tanımlanamayan yeni bir Nostoc türünün ise g biyokütle başına 84,2 ila 91,5 mg arasında verimlilikle sulu çözeltilerden bu dört REE’nin iyonlarının biyosorpsiyonu için en iyi yeteneğe sahip olduğunu keşfetti. Synechococcus elongates, Desmonostoc muscorum, Calothrix brevissima ve tanımlanamayan yeni bir Komarekiella türü de ek olarak etkili olmuştur. Biyosorpsiyonun büyük ölçüde asitliğe bağlı olduğu keşfedilmiştir; beş ila altı arasındaki bir pH’da zirveye ulaşmış ve daha asidik çözeltilerde sürekli olarak azalmıştır. Prosedür en çok çinko, kurşun, nikel veya alüminyum gibi diğer asidik olmayan metallerin pozitif iyonları siyanobakteri biyokütlesi üzerindeki biyosorpsiyon yüzeyi için “rekabet” etmediğinde etkili olmuştur.
Yazarlar, biyokütledeki hangi fonksiyonel kimyasal grupların REE biyosorpsiyonundan öncelikle sorumlu olduğunu belirlemek için kızılötesi spektroskopi olarak bilinen bir yöntem kullandılar.
“Siyanobakteriyel biyokütlede karbonil ve karboksil grupları taşıyan negatif yüklü şeker parçacıklarının yüksek konsantrasyonunun onu etkili bir adsorban haline getirdiğini keşfettik. REE’lerin biyokütleye bağlanmasını desteklemek için, bu negatif yüklü bileşenler REE’ler gibi pozitif yüklü metal iyonlarını çeker” şeklinde açıklamaları var Münih Teknik Üniversitesi’nde fizikçi olan Michael Paper’in.
Yazarlar, düşük metal miktarlarında bile siyanobakterilerin REE’leri biyosorbe edebildiği sonucuna varmışlardır. Süreç aynı zamanda hızlıdır; örneğin, reaksiyon başladıktan sonraki beş dakika içinde, çözeltideki seryumun büyük bir kısmı biyosorbe edilmiştir.
“Burada bahsedilen siyanobakteriler kuru kütlelerinin %10’una kadar REE’leri adsorbe edebiliyor. Dolayısıyla biyosorpsiyon, madencilik, elektronik ve katalizör üreten endüstrilerden gelen seyreltilmiş endüstriyel atık sulardan nadir toprak metallerinin geri kazanılması ve yeniden kullanılması için çevre dostu ve ekonomik açıdan avantajlı bir yöntem sunuyor” diye ekledi Brück.
NTE’lere yönelik talep ve piyasa fiyatlarının önümüzdeki birkaç yıl içinde önemli ölçüde artması beklenirken, “Bu sistemin yakın gelecekte ekonomik olarak uygulanabilir hale geleceği tahmin ediliyor” dedi.
Kaynak: phys.org/news
