Bardziej wydajna i bezpieczniejsza alternatywa dla pozyskiwania miedzi

Miedź pozostaje jednym z najpowszechniejszych minerałów w życiu codziennym. Jako przewodnik ciepła i elektryczności jest stosowany w okablowaniu, pokryciach dachowych i hydraulice, a także jako katalizator w zakładach petrochemicznych, przewodach słonecznych i elektrycznych oraz w szerokim zakresie zastosowań związanych z energią. Zatem każda metoda zbierania większej ilości wartościowych dóbr okazuje się być przedsięwzięciem korzystnym.

Deborah Rodriguez, profesor inżynierii na Uniwersytecie Houston Cullen, we współpracy z Francisco C. Roblesem Hernandezem, profesorem inżynierii na Uniwersytecie Houston Cullen O College of Technology i Ellen Aquino Perpeto, profesor z Uniwersytetu w São Paulo w Brazylii, zaprezentowali krytyczne badania mające na celu zrozumienie, w jaki sposób bakterie w kopalniach miedzi przekształcają toksyczne jony miedzi w stabilne jony.kukurydza miedź.

Ezekiel Cullen jest profesorem inżynierii w College of Engineering na University of Houston Cullen. Źródło: University of Houston

We wspólnym artykule „Copper Mining Bacteria: Przekształcanie toksycznych jonów miedzi w pojedynczy stabilny atom miedzi”, ich badania wyjaśniają, w jaki sposób odporne na miedź bakterie z kopalni miedzi w Brazylii przekształcają CuSO₄ (Siarczan miedzi) do niezrównanych jonów miedzi (metalicznej miedzi).

„Idea bakterii w kopalniach nie jest nowa, ale pytanie bez odpowiedzi brzmiało: Co oni robią w kopalniach?” Powiedział Robles. „Umieszczając bakterie wewnątrz mikroskopu elektronowego, mogliśmy poznać i przeanalizować fizykę. Odkryliśmy, że bakterie izolowały pojedynczy atom miedzi. Z chemicznego punktu widzenia jest to bardzo trudne do uzyskania. Zwykle w aby wyprodukować pojedyncze atomy dowolnego pierwiastka. Te bakterie tworzą je w naturalny sposób, co jest imponujące. „

Pomimo użyteczności miedzi, proces wydobycia metalu często prowadzi do toksycznych ekspozycji i wyzwań związanych z wydobyciem dużych ilości miedzi do użytku komercyjnego. Globalne rezerwy szacuje się na około 1 miliard ton miedzi, według Stowarzyszenia Rozwoju Miedzi, przy około 12,5 miliona ton metrycznych rocznie. To daje prawie 65 lat pozostałych rezerw. Część problemów związanych z dostawami wynika z ograniczonej dostępności miedzi w wysokim stężeniu w skorupie ziemskiej, ale innym wyzwaniem jest narażenie na dwutlenek siarki i dwutlenek azotu w procesie wytapiania i produkcji miedzi w celu zagęszczenia minerału w użytecznych ilościach.

Francisco C. Robles, profesor w Szkole Technicznej UH. Źródło: University of Houston

„Nowością w tym odkryciu jest to, że drobnoustroje w środowisku mogą łatwo przekształcić siarczan miedzi w monowalentną miedź zerową. Jest to osiągnięcie, ponieważ obecny proces syntezy jednoatomowej miedzi zwykle nie jest czysty, pracochłonny i kosztowny” – powiedział Rodriguez powiedziany.

„ Drobnoustroje wykorzystują unikalną biologiczną ścieżkę z zestawem białek, które mogą ekstrahować miedź (II) (Cu²⁺) I przekształcenie go w monowalentną miedź (Cu.)⁰). Celem drobnoustrojów jest stworzenie dla siebie mniej toksycznego środowiska poprzez przekształcenie miedzi jonowej w miedź monoatomową, ale jednocześnie uczynienie czegoś korzystnego dla nas. ”

Koncentrując się na mikroskopii elektronowej, Robles zbadał próbki z odkryć Rodrigueza w brazylijskich kopalniach miedzi i określił naturę pojedynczego atomu miedzi. Grupy Rodrigues i Aquino zidentyfikowały również bakteryjny proces przekształcania siarczanu miedzi w miedź elementarną – rzadkie odkrycie.

Wyniki badań pokazują, że ten nowy proces konwersji, będący alternatywą dla wytwarzania pojedynczych atomów metalicznej miedzi, jest bezpieczniejszy i bardziej wydajny w porównaniu z obecnymi metodami (takimi jak chemiczne osadzanie z fazy gazowej, natryskiwanie i femtosekundowa ablacja laserowa).

„Pracowaliśmy tylko z jedną bakterią” – podsumował Rodriguez – „ale może nie być jedyną, która pełni podobną funkcję”. „Następnym krokiem w tych konkretnych badaniach jest zebranie miedzi z tych ogniw i wykorzystanie jej do praktycznych zastosowań”.