V posledních letech prudce vzrostla poptávka po elektronických zařízeních, jako jsou mobilní telefony, elektrická vozidla a počítače. Tento nárůst vedl ke zvýšení množství odpadu obsahujícího kovy vzácných zemin. Přestože tyto suroviny jsou klíčové pro moderní průmysl a EU je klasifikovala jako kritické, většina tohoto odpadu stále končí na skládkách. Proto se intenzivně zkoumají efektivní metody jejich recyklace.
Metody založené na mikrobiologii, konkrétně bioleachingu a bioakumulaci, představují slibnou „zelenou“ technologii pro získávání kovů vzácných zemin z elektronického odpadu. Tyto metody jsou nákladově efektivní, nevytvářejí nebezpečný sekundární odpad a spotřebují méně energie. Bioleaching využívá produkce kyselin určitými mikroorganismy, které mohou „louhovat“ kovy jako železo, měď nebo hliník z elektronického odpadu. Tyto kovy následně narušují absorpci kovů vzácných zemin v procesu bioakumulace.
Výzkumné týmy z BOKU Tulln a IMC Krems se těmito metodami zabývají již delší dobu a nyní spojily své síly ve slibné spolupráci. Klíčem k úspěchu je kombinace těchto biotechnologických procesů. Základní principy těchto metod byly nedávno publikovány v renomovaném časopise Frontiers in Microbiology.
Studie zahrnovala několik klíčových hráčů v procesu bioleachingu: různé druhy bakterií. V procesu bioleachingu byly použity bakterie Acidithiobacillus thiooxidans a Alicyclobacillus disulfidooxidans, které byly odebrány z kyselého těžebního jezera v České republice a poté kultivovány v laboratoři. Tyto acidofilní organismy prosperují v kyselých prostředích a získávají energii z oxidace anorganických sloučenin. V procesu bioakumulace se ukázala jako nejúspěšnější bakterie Escherichia coli.
Hlavní výzvou při procesu obohacování vzácných zemin je vysoký obsah jiných kovů v elektronickém odpadu, zejména železa, mědi a hliníku, které narušují biotechnologický proces. Vědci proto vyvinuli inovativní přístup: „trénink“ mikrobů. Pomocí zařízení nazývaného morbidostat jsou mikroorganismy postupně navykány na vyšší koncentrace kovů.
Současné metody těžby kovů vzácných zemin jsou založeny na chemických procesech, které vytvářejí ekologicky škodlivé vedlejší produkty. Kombinace biotechnologických metod má oproti těmto chemickým metodám jasné výhody, neboť procesy leachingu a akumulace v bakteriích jsou ekologicky šetrné a udržitelné.
Vědci z BOKU a IMC Kremže sledují několik strategií. Jednou z nich je aklimatizace bakterií na vysoké koncentrace rušivých kovů pomocí systému morbidostat. Spolu s kondicionováním mikroorganismů jsou testovány systémy, které mohou snížit koncentraci rušivých kovů, například ligninové hydrogely vyvinuté na BOKU.
Kombinace těchto strategií má zajistit efektivitu a udržitelnost inovativního procesu bioleachingu a bioakumulace, což povede k novému, ekologicky šetrnému způsobu recyklace vzácných zemin.
Kovy vzácných zemin, známé také jako lanthanoidy, zahrnují 17 chemických prvků: 15 lanthanoidů (lantan až lutecium) plus skandium a yttrium. Tyto prvky jsou klíčové v moderní technologii, včetně výroby magnetů, katalyzátorů, baterií a elektroniky. Využívají se např. na optické materiály, lasery a barevné obrazovky televizorů. Jsou označovány jako „vzácné“ ne kvůli jejich nedostatku v zemské kůře, ale kvůli obtížnosti jejich extrakce a separace. Evropská unie je klasifikuje jako kritické suroviny kvůli jejich důležitosti pro průmysl a omezeným dodavatelským řetězcům.
Bioleaching je proces využívající mikroorganismy k extrakci kovů z nerostů nebo odpadu. Mikroby produkují kyseliny, které rozkládají materiál a uvolňují kovy, jako jsou měď, zlato nebo kovy vzácných zemin, což je ekologičtější alternativa k tradičním chemickým metodám.
