Цианобактерии способны выживать в отходах металлургического и горнодобывающего производства и «вылавливать» ценные металлы. За считаные минуты редкоземельные элементы накапливаются в количестве почти 10 процентов от их биомассы.
Скандий, неодим, лантан и еще 14 металлов составляют группу редкоземельных элементов. Встречаются они действительно редко: их содержание в земной коре колеблется от 0,5 до 67 частей на миллион. При этом многие из них исключительно важны для современной микроэлектроники и техники. Они используются в электродвигателях и светодиодах, смартфонах и видеокамерах, ветрогенераторах и компьютерной памяти. В результате стоимость килограмма таких металлов составляет сотни, а иногда тысячи долларов.
Подавляющая часть добычи редкоземельных элементов сегодня сосредоточена в руках Китая, хотя обширные запасы разведаны на Кольском полуострове, а также на севере Швеции, где вскоре планируют начать разработки. Еще одним источником ценных металлов могут стать сточные воды металлургических и горнодобывающих производств, а также предприятий, занятых переработкой электроники. Такую возможность продемонстрировали авторы новой статьи, опубликованной в журнале Frontiers in Bioengineering and Biotechnology.
Томас Брюк (Thomas Brück) и его коллеги из Мюнхенского университета технологий проводили лабораторные эксперименты с 12 довольно экзотическими видами цианобактерий, обитающими в пустынях, сильно засоленных водоемах, загрязненных почвах и других экстремальных нишах. Работа показала, что некоторые микробы способны накапливать редкоземельные элементы, которые затем можно выделять из их биомассы.
Один из этих видов, пока неописанный представитель рода Nostoc, продемонстрировал особенно высокую эффективность в извлечении ценных металлов, набирая до 84-91 миллиграмма на грамм собственной массы — восемь-девять процентов. Также довольно перспективными оказались цианобактерии Scytonema hyalinum, накапливающие от 15 до 21 миллиграмма на грамм. Стимулировать эти процессы можно за счет поддержания определенной кислотности среды (рН между пятью и шестью) и ее состава — добиваясь минимального содержания других металлов, которые конкурируют с редкими землями за связывание микробами.
«Мы обнаружили, что биомасса цианобактерий обладает отличными адсорбирующими свойствами благодаря высокой концентрации отрицательно заряженных сахаров на поверхности, — объяснил Майкл Папер (Michael Paper), один из авторов работы. — Они притягивают положительно заряженные ионы металлов, способствуя их закреплению в биомассе». Ученые отмечают, что использование таких микробов особенно перспективно не только с учетом высоких концентраций редкоземельных элементов, которые они накапливают, но и скорости работы. Весь процесс занимает лишь несколько минут.