ricercatori del Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), in collaborazione con la Pennsylvania State University (PSU) e l'Idaho National Laboratory (INL), hanno progettato un nuovo processo, a base di una proteina naturale, che potrebbe estrarre e purificare gli elementi delle terre rare (REE) da fonti di bassa qualità. Potrebbe offrire una nuova strada verso un settore REE più diversificato e sostenibile per gli Stati Uniti.

La proteina, lanmodulina, consente un'estrazione e purificazione in un unico passaggio di REE da miscele metalliche complesse, compresi rifiuti elettronici e sottoprodotti del carbone.

"Lanmodulin ha diverse proprietà uniche ed eccitanti. Siamo rimasti tutti sorpresi nello scoprire che una proteina naturale può essere così efficiente per l'estrazione dei metalli. Ho lavorato su molte molecole per la purificazione dei metalli, ma questa è davvero speciale, " ha affermato il ricercatore LLNL Gauthier Deblonde, autore principale di un articolo su questa ricerca che appare in Chimica inorganica . "Questa proteina è la macromolecola più selettiva per i REE caratterizzata fino ad oggi ed è in grado di tollerare condizioni industrialmente rilevanti come pH basso, alte temperature e quantità molari di ioni concorrenti."

I REE sono essenziali per la competitività americana nel settore dell'energia pulita perché sono utilizzati in molti dispositivi importanti per un'economia ad alta tecnologia e per la sicurezza nazionale, compresi i componenti del computer, magneti ad alta potenza, turbine eoliche, cellulari, pannelli solari, superconduttori, batterie per veicoli ibridi/elettrici, schermi LCD, visori notturni e risonatori a microonde sintonizzabili.

Ad oggi, i processi chimici per estrarre e purificare i REE sono complessi e dannosi per l'ambiente. Estrarre o riciclare REE da nuove fonti, come rifiuti elettronici e sottoprodotti del carbone, durante l'utilizzo di prodotti naturali, come lanmodulina, potrebbe cambiare il gioco.

"Sfruttare le biomolecole per le tecnologie di estrazione dei metalli è interessante poiché la maggior parte dei processi biochimici avviene con rendimenti quantitativi, cinetica veloce e alta selettività e fedeltà, " Ha detto Deblonde. "Il nostro lavoro mostra anche che le macromolecole di origine biologica possono superare i chelanti artificiali (piccole molecole sintetiche che si legano molto strettamente agli ioni metallici) e possono portare un passaggio ai metodi attualmente altamente vincolati e non sostenibili utilizzati per REE estrazione e purificazione».

Nel 2018, lanmodulina prodotta da alcuni batteri è stata isolata e caratterizzata dal team del professor Joseph Cotruvo alla PSU. È l'unico macrochelante conosciuto che si è evoluto naturalmente per sequestrare in modo reversibile gli ioni REE. Le macromolecole classiche sequestrano elementi come ferro o calcio, ma non sequestrare selettivamente REE. I team LLNL e PSU hanno studiato la chimica della soluzione di lanmodulin e il potenziale utilizzo per applicazioni orientate all'industria. Il loro lavoro offre prove dirette che la lanmodulina forma complessi altamente stabili e solubili in acqua attraverso la serie dei lantanidi, esibendo un'affinità minima per la maggior parte dei non-REE.

Ulteriore, la proteina consente un'estrazione quantitativa e selettiva in un unico passaggio di REE da rifiuti elettronici e carbone di precombustione, qualcosa che gli altri metodi di estrazione chimica non fanno.