Bilim insanları; dünyanın dört bir yanından daha önce çalışılmamış 12 siyanobakteri türünün biyokütlesinin, sulu çözeltilerden nadir toprak elementleri lantan, seryum, neodim ve terbiyumun biyosorpsiyonunda etkili olduğunu göstermiştir. Bu da talebi giderek artan bu nadir elementlerin madencilik, metalürji ve e-atıkların geri dönüşümünden kaynaklı atık sulardan toplanarak yeniden kullanılmasını sağlıyor.
Nadir toprak elementleri (NTE’ler), kimyasal olarak benzer 17 metalden oluşan bir gruptur ve yerkabuğunda tipik olarak düşük konsantrasyonlarda (milyonda 0.5 ila 67 parça arasında) bulundukları için bu adı almışlardır. Işık yayan diyotlar, cep telefonları, elektromotorlar, rüzgar türbinleri, sabit diskler, kameralar, mıknatıslar ve düşük enerjili ampuller gibi modern teknolojide vazgeçilmez olduklarından, bunlara olan talep son birkaç on yılda istikrarlı bir şekilde artmıştır ve 2030 yılına kadar daha da artacağı tahmin edilmektedir.
Nadir bulunmaları ve talep görmelerinin bir sonucu olarak pahalıdırlar. Örneğin, bir kilo neodim oksit şu anda yaklaşık 200 € iken, aynı miktarda terbiyum oksit yaklaşık 3.800 €’dur. Bugün Çin, NTE’lerin madenciliğinde neredeyse tekele sahiptir ancak İsveç’in Kiruna kentinde umut verici yeni bulguların (bir milyon metrik tondan fazla) keşfi Ocak 2023’te büyük bir coşkuyla duyurulmuştur.
Döngüsel Ekonomi
Savurgan bir ‘doğrusal’ ekonomiden, tüm kaynakların geri dönüştürüldüğü ve yeniden kullanıldığı ‘döngüsel’ bir ekonomiye geçmenin avantajları açıktır. Peki NTE’leri de daha verimli bir şekilde geri dönüştürebilir miyiz?
Frontiers in Bioengineering and Biotechnology‘de Alman bilim insanları cevabın evet olduğunu gösterdi. Bazı egzotik fotosentetik siyanobakterilerin biyokütlesi, örneğin madencilik, metalürji veya e-atıkların geri dönüşümünden kaynaklanan atık sulardaki NTE’leri verimli bir şekilde absorbe edebilir. Absorbe edilen NTE’ler daha sonra biyokütleden yıkanabilir ve yeniden kullanılmak üzere toplanabilir.
Münih Teknik Üniversitesi’nde profesör olan ve çalışmanın son yazarı Dr. Thomas Brück “Burada, siyanobakteriyel biyokütle tarafından NTE alım koşullarını optimize ettik ve bunları bağlamak için en önemli kimyasal mekanizmaları karakterize ettik. Bu siyanobakteriler, gelecekte NTE geri kazanımı ve endüstriyel atık suyun arıtılması için çevre dostu süreçlerde kullanılabilir” dedi.
Son Derece Uzman Siyanobakteri Türleri
Biyosorpsiyon, iyonların sulu çözeltilerden biyokütleye hızlı ve geri dönüşümlü olarak bağlanması için metabolik olarak pasif bir süreçtir. Brück ve meslektaşları, laboratuvar kültüründe 12 siyanobakteri türü tarafından NTE’ler lantan, seryum, neodim ve terbiyumun biyosorpsiyon potansiyelini ölçmüştür. Bu türlerin çoğu daha önce biyoteknolojik potansiyelleri açısından hiç değerlendirilmemişti. Namibya çöllerindeki kurak topraklar, dünyanın dört bir yanındaki likenlerin yüzeyi, Çad’daki natron gölleri, Güney Afrika’daki kayalıklardaki yarıklar veya İsviçre’deki kirli dereler gibi son derece özel habitatlardan örneklenmişlerdir.
Yazarlar, karakterize edilmemiş yeni bir Nostoc türünün, gram biyokütle başına 842 ila 91.5 mg arasında verimlilikle sulu çözeltilerden bu dört NTE iyonunun biyosorpsiyonu için en yüksek kapasiteye sahip olduğunu, Scytonema hyalinum‘un ise gram başına 15.5 ila 21.2 mg ile en düşük verimliliğe sahip olduğunu bulmuşlardır.
Ayrıca Synechococcus elongates, Desmonostoc muscorum, Calothrix brevissima ve karakterize edilmemiş yeni bir Komarekiella türü de etkili olmuştur. Biyosorpsiyonun güçlü bir şekilde asitliğe bağlı olduğu bulunmuştur. pH beş ile altı arasında en yüksek seviyededir ve daha asidik çözeltilerde düzenli olarak azalmaktadır. Süreç, siyanobakteri biyokütlesi üzerindeki biyosorpsiyon yüzeyi için çinko, kurşun, nikel veya alüminyum gibi diğer asal olmayan metallerin pozitif iyonlarından kaynaklanan bir ‘rekabet’ olmadığında en verimli olmuştur.
Yazarlar, biyokütledeki hangi fonksiyonel kimyasal grupların NTE’lerin biyosorpsiyonundan çoğunlukla sorumlu olduğunu belirlemek için kızılötesi spektroskopi adı verilen bir teknik kullandılar.
Münih Teknik Üniversitesi’nde bir bilim insanı olan ilk yazar Michael Paper “Siyanobakterilerden elde edilen biyokütlenin, karbonil ve karboksil grupları taşıyan negatif yüklü şeker parçacıklarının yüksek konsantrasyonu nedeniyle mükemmel adsorpsiyon özelliklerine sahip olduğunu bulduk. Bu negatif yüklü bileşenler NTE’ler gibi pozitif yüklü metal iyonlarını çekiyor ve biyokütleye bağlanmalarını destekliyor” dedi.
Hızlı ve Verimli, Gelecekteki Uygulamalar İçin Büyük Potansiyele Sahip
Yazarlar, REE’lerin siyanobakteriler tarafından biyosorpsiyonunun düşük metal konsantrasyonlarında bile mümkün olduğu sonucuna varmışlardır. Süreç aynı zamanda hızlıdır. Örneğin, çözeltideki seryumun çoğu, reaksiyonun başlamasından sonraki beş dakika içinde biyosorbe edilmiştir.
Brück “Burada tanımlanan siyanobakteriler, kuru maddelerinin %10’una tekabül eden miktarda NTE’yi adsorbe edebilmektedir. Dolayısıyla biyosorpsiyon, madencilik, elektronik ve kimyasal katalizör üreten sektörlerden gelen seyreltilmiş endüstriyel atık sulardan nadir toprak metallerinin döngüsel olarak geri kazanılması ve yeniden kullanılması için ekonomik ve ekolojik olarak optimize edilmiş bir süreç sunmaktadır” dedi. “NTE’lere yönelik talep ve piyasa fiyatlarının önümüzdeki yıllarda önemli ölçüde artması muhtemel olduğundan, bu sistemin yakın gelecekte ekonomik olarak uygulanabilir hale gelmesi bekleniyor.” [1]12 exotic bacteria found to passively collect rare earth elements from wastewater[2]Öne çıkarılan görsel
[cite]
Kaynaklar ve İleri Okuma
| ↑1 | 12 exotic bacteria found to passively collect rare earth elements from wastewater |
|---|---|
| ↑2 | Öne çıkarılan görsel |
