Il rame rimane uno dei metalli più onnipresenti nella vita di tutti i giorni. Come conduttore di calore ed elettricità, è utilizzato in fili, coperture e impianti idraulici, nonché catalizzatore per impianti petrolchimici, conduttori solari ed elettrici e per un'ampia gamma di applicazioni legate all'energia. Successivamente, qualsiasi metodo per raccogliere più merce preziosa si rivela uno sforzo utile.

Debora Rodrigues, Ezekiel Cullen Professore di Ingegneria presso l'Università di Houston Cullen College of Engineering, in collaborazione con Francisco C. Robles Hernandez, professore all'UH College of Technology e Ellen Aquino Perpetuo, professore all'Università di San Paolo, Il Brasile ha offerto una ricerca conclusiva per capire come i batteri trovati nelle miniere di rame convertono gli ioni di rame tossici in rame stabile a singolo atomo.

Nel loro articolo di co-autore, "Batteri di estrazione del rame:conversione di ioni di rame tossici in un singolo atomo di rame stabile, " la loro ricerca dimostra come un batterio resistente al rame proveniente da una miniera di rame in Brasile converta gli ioni di solfato di rame in rame metallico a valenza zero.

"L'idea di avere batteri nelle miniere non è nuova, ma la domanda senza risposta era:cosa stanno facendo nelle miniere?" ha detto Robles. "Inserendo i batteri all'interno di un microscopio elettronico, siamo stati in grado di capire la fisica e analizzarla. Abbiamo scoperto che i batteri stavano isolando un singolo atomo di rame. In termini di chimica, questo è estremamente difficile da ricavare. Tipicamente, sostanze chimiche aggressive vengono utilizzate per produrre singoli atomi di qualsiasi elemento. Questo batterio lo sta creando in modo naturale ed è davvero impressionante".

Per quanto utile sia il rame, il processo di estrazione del metallo spesso porta a esposizioni tossiche e sfide nell'estrazione di volumi considerevoli per uso commerciale. Si stimano circa un miliardo di tonnellate di rame nelle riserve mondiali, secondo la Copper Development Association Inc., con circa 12,5 milioni di tonnellate all'anno estratte. Questo aggrega a circa 65 anni di riserve rimanenti. Parte della sfida dell'approvvigionamento deriva dalla disponibilità limitata di rame in alta concentrazione nella crosta terrestre, ma l'altra sfida è l'esposizione all'anidride solforosa e al biossido di azoto nel processo di fusione e produzione del rame per concentrare il metallo in quantità utili.

"La novità di questa scoperta è che i microbi nell'ambiente possono facilmente trasformare il solfato di rame in rame a singolo atomo zerovalente. Questa è una svolta perché l'attuale processo sintetico del rame a singolo atomo zerovalente in genere non è pulito, è laborioso e costoso, " ha detto Rodrigo.

"I microbi utilizzano un percorso biologico unico con una serie di proteine ​​​​che possono estrarre il rame e convertirlo in rame a valenza zero a singolo atomo. Lo scopo dei microbi è creare un ambiente meno tossico per se stessi convertendo il rame ionico in rame singolo -atomo di rame, ma allo stesso tempo fanno qualcosa che è vantaggioso anche per noi."

Con un focus sulla microscopia elettronica, Robles ha esaminato campioni dalle scoperte di Rodrigues nelle miniere di rame brasiliane e ha determinato la natura del singolo atomo del rame. I gruppi di Rodrigues e Aquino hanno ulteriormente identificato il processo batterico per convertire il solfato di rame in rame elementare, una scoperta rara.

I risultati della ricerca dimostrano che questo nuovo processo di conversione come alternativa per produrre singoli atomi di rame metallico è più sicuro, e più efficienti rispetto ai metodi attuali (cioè deposizione chimica da vapore, sputtering e ablazione laser a femtosecondi).

"Abbiamo lavorato solo con un batterio, ma potrebbe non essere l'unico là fuori che svolge una funzione simile, " Rodrigues ha concluso. "Il prossimo passo per questa particolare ricerca è raccogliere il rame da queste celle e usarlo per applicazioni pratiche".