Микроскопические "шахтёры": как учёные научили вирусы добывать ценные металлы из воды

Команда исследователей из Калифорнийского университета в Беркли представила инновационную технологию, которая способна полностью переосмыслить подходы к добыче редкоземельных элементов. Профессор биоинженерии Сон-Вук Ли и его коллеги разработали метод использования генетически модифицированных вирусов для экологически безопасного получения ценных материалов.

• Автомобильная опухоль: невидимый враг превращает сталь в труху и обходится дороже, чем ремонт двигателя

Детали

Результаты исследования, опубликованные в научном журнале Nano Letters, описывают уникальный процесс: безопасные для человека бактериофаги превращаются в микроскопических "сборщиков" редкоземельных металлов. Эти вирусы работают в водной среде, извлекая нужные элементы из дренажных вод шахт, а затем отдают их для дальнейшей обработки после изменения температуры и уровня pH.

"Это важный шаг к более устойчивой добыче и переработке ресурсов", — комментирует Сон-Вук Ли, который также является научным сотрудником Национальной лаборатории Лоуренса Беркли.

По его словам, биологическое решение предлагает более экологичный, экономичный и многоразовый способ получения критически важных материалов для будущего чистой энергетики.

Как работает технология

Исследователи модифицировали бактериофаг — вирус, который атакует только бактерии и абсолютно безопасен для людей и экосистем. В его структуру добавили два специализированных белка. Первый действует как своеобразная "клешня" на поверхности вируса, захватывая лантаноиды и другие редкоземельные элементы. Второй белок активируется при изменении температуры, выходит из раствора вместе с собранными металлами и позволяет их собрать.

Самое интересное, что эти биологические "шахтёры" не теряют своей эффективности после первого применения. Их можно использовать многократно, а производство таких вирусов чрезвычайно простое и дешёвое — достаточно добавить их к бактериям, и в процессе репликации бактерий вирусы размножаются вместе с ними.

По словам Ли, новый метод биомайнинга не только экологически безопасен, но и удивительно прост в применении. Для его реализации требуются лишь смесительный бак и нагреватель, тогда как традиционные методы требуют токсичных химикатов и огромных энергетических затрат.
Почему это важно

Редкоземельные элементы — это группа из 17 химических элементов, включая скандий, иттрий и 15 лантаноидов. Несмотря на название, они вовсе не так редки в земной коре, однако их добыча традиционными методами наносит катастрофический вред окружающей среде.

Эти металлы незаменимы для современных технологий. Они используются в смартфонах, компьютерах, LED-лампах, камерах, а также в промышленности — от лазеров до МРТ-сканеров, от каталитических нейтрализаторов до аккумуляторов для электромобилей. В 2023 году почти половина всех редкоземельных элементов пошла на производство постоянных магнитов для ветряных турбин и электрических транспортных средств.

В настоящее время Китай доминирует в этой отрасли, добывая примерно 240 000 тонн редкоземельных элементов и перерабатывая 189 179 тонн в 2023 году. Это составляет 70% мировой добычи и 87% мировой переработки. Новая технология могла бы позволить другим странам снизить зависимость от международных поставщиков, повышая собственную экономическую и промышленную независимость.

Разработка команды из Беркли открывает путь к будущему, где критически важные материалы можно получать без разрушения экосистем. Это ещё один шаг человечества к гармонии между технологическим прогрессом и сохранением планеты.

Научные открытия, такие как биомайнинг, значительно расширяют возможности человечества в решении сложных задач. С другой стороны, во времена развития искусственного интеллекта упрощается поиск и покупка подарков. Только представьте, вам больше не нужно тратить драгоценное время, чтобы найти подарки для близких и коллег на Рождество и Новый год, ведь ИИ готов выполнить эту сложную работу за вас. Он способен не только подобрать с учётом предпочтений человека лучшие идеи для подарка, но и самостоятельно переговорить с менеджером по продажам и купить выбранное. Разработчики тестируют помощников в Walmart, Amazon и Google.

Читайте также:

• Рынок труда: Угроза AI: как выпускникам не потерять работу из-за развития ИИ и какие навыки станут ключевыми.
• Этические вопросы: Больше не идеал: как модели ИИ повторяют распространённые человеческие стереотипы, что вызывает обеспокоенность экспертов.
• Кулинарные инновации: "Тартар из динозавра": в Дубае ресторан создаёт блюда с помощью ИИ, сочетая кулинарные технологии и креатив.