Investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL), en colaboración con la Universidad Estatal de Pensilvania (PSU) y el Laboratorio Nacional de Idaho (INL), han diseñado un nuevo proceso, basado en una proteína natural, que podría extraer y purificar elementos de tierras raras (REE) de fuentes de bajo grado. Podría ofrecer una nueva vía hacia un sector REE más diversificado y sostenible para los Estados Unidos.

La proteína lanmodulina, permite una extracción y purificación en un solo paso de REE a partir de mezclas complejas de metales, incluidos los desechos electrónicos y los subproductos del carbón.

"La lanmodulina tiene varias propiedades únicas y emocionantes. Nos sorprendió descubrir que una proteína natural puede ser tan eficiente para la extracción de metales. He trabajado en muchas moléculas para la purificación de metales, pero esta es realmente especial, "dijo el investigador de LLNL Gauthier Deblonde, autor principal de un artículo sobre esta investigación que aparece en Química Inorgánica . "Esta proteína es la macromolécula más selectiva de REE caracterizada hasta la fecha y es capaz de tolerar condiciones industrialmente relevantes como pH bajo, altas temperaturas y cantidades molares de iones competidores ".

Los REE son esenciales para la competitividad estadounidense en la industria de la energía limpia porque se utilizan en muchos dispositivos importantes para una economía de alta tecnología y la seguridad nacional. incluidos los componentes de la computadora, imanes de alta potencia, turbinas de viento, teléfonos móviles, paneles solares, superconductores, baterías de vehículos híbridos / eléctricos, Pantallas LCD, gafas de visión nocturna y resonadores de microondas sintonizables.

Hasta la fecha, Los procesos químicos para extraer y purificar los REE son complejos y nocivos para el medio ambiente. Extraer o reciclar REE de nuevas fuentes, como desechos electrónicos y subproductos del carbón, mientras usa productos naturales, como la lanmodulina, podría cambiar las reglas del juego.

"Aprovechar las biomoléculas para las tecnologías de extracción de metales es atractivo ya que la mayoría de los procesos bioquímicos ocurren con rendimientos cuantitativos, cinética rápida y alta selectividad y fidelidad, ", Dijo Deblonde." Nuestro trabajo también muestra que las macromoléculas de origen biológico pueden superar a los quelantes artificiales (pequeñas moléculas sintéticas que se unen muy fuertemente a los iones metálicos) y pueden traer un cambio a los métodos actualmente altamente restringidos y no sostenibles utilizados para REE. extracción y purificación ".

En 2018, La lanmodulina producida por ciertas bacterias fue aislada y caracterizada por el equipo del profesor Joseph Cotruvo en la PSU. Es el único macroquelante conocido que ha evolucionado de forma natural para secuestrar de forma reversible los iones REE. Las macromoléculas clásicas secuestran elementos como el hierro o el calcio, pero no secuestran los REE de forma selectiva. Los equipos de LLNL y PSU investigaron la química de la solución de lanmodulina y su uso potencial para aplicaciones orientadas a la industria. Su trabajo ofrece evidencia directa de que la lanmodulina forma complejos altamente estables y solubles en agua a través de la serie de lantánidos mientras exhibe una afinidad mínima por la mayoría de los no REE.

Más lejos, la proteína permite una extracción cuantitativa y selectiva en un solo paso de REE de desechos electrónicos y carbón de precombustión, algo que no hacen los otros métodos de extracción química.