Forskere finder en potentiel ny kilde til sjældne jordartselementer

Forskere har fundet en mulig ny kilde til sjældne jordartselementer - fosfatstenaffald - og en miljøvenlig måde at få dem ud på, ifølge en undersøgelse offentliggjort i Journal of Chemical Thermodynamics .

Fremgangsmåden kan gavne ren energiteknologi, ifølge forskere ved Rutgers University-New Brunswick og andre medlemmer af Critical Materials Institute, et amerikansk energiministerium med det formål at styrke amerikanske forsyningskæder for materialer, der er vigtige for ren energi.

Sjældne jordarters elementer som neodym og dysprosium er afgørende for teknologier som sol- og vindenergi og avancerede køretøjer, sammen med moderne elektronik som smartphones. Men mangel på produktion af sjældne jordarter i USA sætter vores energisikkerhed i fare. Kina producerer cirka 90 procent af alle sådanne elementer.

At genvinde dem fra fosfogips - affald fra produktion af fosforsyre - er en potentiel løsning. Hvert år, anslået 250 millioner tons fosfatsten udvindes for at producere fosforsyre til gødning. USA minede cirka 28 millioner tons i 2017. Sjældne jordartselementer udgør generelt mindre end 0,1 procent i fosfatsten. Men på verdensplan, omkring 100, 000 tons af disse elementer om året ender i fosfogipsaffald. Det er næsten lige så meget som de cirka 126, 000 tons sjældne jordartsoxider hvert år produceret på verdensplan.

Konventionelle metoder til at udtrække sjældne jordarters elementer fra malme genererer millioner af tons giftige og sure forurenende stoffer. Men i stedet for at bruge hårde kemikalier til at udtrække elementerne, en anden metode kan bruge organiske syrer produceret af bakterier, sagde Paul J. Antonick og Zhichao Hu, medforfattere af undersøgelsen. De er medlemmer af termodynamikholdet ledet af seniorforfatter Richard E. Riman, en fornem professor i Institut for Materialevidenskab og Teknik i Rutgers 'School of Engineering.

Forskergruppen undersøgte ved hjælp af mineralske og organiske syrer, herunder en biosyreblanding, at udtrække seks sjældne jordarters elementer (yttrium, cerium, neodym, samarium, europium og ytterbium) fra syntetisk phosphogypsum. Forskere ledet af David Reed ved Idaho National Laboratory producerede biosyreblandingen-primært bestående af gluconinsyre, findes naturligt i frugt og honning - ved at dyrke bakterierne Gluconobacter oxydans på glukose. Resultaterne tyder på, at biosyren gjorde et bedre stykke arbejde med at udvinde sjældne jordartselementer end ren gluconinsyre ved samme pH (2,1), eller surhedsgrad. Mineralsyrerne (svovl- og fosforsyre) undlod at udtrække nogen sjældne jordartselementer i dette scenario. Når de fire syrer blev testet i samme koncentration, kun svovlsyre var mere effektiv end biosyren.

Et næste trin ville være at teste biosyre på industrielt phosphogypsum og andet affald, der genereres under produktion af fosforsyre, og som også indeholder sjældne jordartselementer. Til deres indledende undersøgelse, forskerne vurderede fosfogips fremstillet i laboratoriet, så de let kunne kontrollere dets sammensætning. Industrielle prøver er mere komplekse.