En mere effektiv, sikrere alternativ til at skaffe kobber via bakterier

Kobber er stadig et af de mest allestedsnærværende metaller i hverdagen. Som en leder af varme og elektricitet, det bruges i ledninger, tagdækning og VVS, samt en katalysator for petrokemiske anlæg, sol- og elektriske ledere og til en bred vifte af energirelaterede applikationer. Efterfølgende enhver metode til at høste mere af den værdifulde vare viser sig at være en nyttig bestræbelse.

Debora Rodrigues, Ezekiel Cullen professor i ingeniørvidenskab ved University of Houston Cullen College of Engineering, i samarbejde med Francisco C. Robles Hernandez, professor ved UH College of Technology og Ellen Aquino Perpetuo, professor ved universitetet i Sao Paulo, Brasilien tilbød afgørende forskning for at forstå, hvordan bakterier fundet i kobberminer omdanner giftige kobberioner til stabilt enkeltatomet kobber.

I deres medforfattede papir, "Kobberminebakterier:Konvertering af giftige kobberioner til et stabilt enkeltatom kobber, deres forskning viser, hvordan kobberresistente bakterier fra en kobbermine i Brasilien omdanner kobbersulfat-ioner til nulvalent metallisk kobber.

"Idéen om at have bakterier i miner er ikke ny, men det ubesvarede spørgsmål var:hvad laver de i minerne?" sagde Robles. "Ved at placere bakterierne i et elektronisk mikroskop, vi var i stand til at finde ud af fysikken og analysere den. Vi fandt ud af, at bakterierne isolerede kobber med et enkelt atom. Med hensyn til kemi, dette er ekstremt svært at udlede. Typisk, barske kemikalier bruges til at producere enkelte atomer af ethvert grundstof. Denne bakterie skaber det naturligt, hvilket er meget imponerende."

Lige så nyttigt som kobber er, processen med at udvinde metallet fører ofte til toksiske eksponeringer og udfordringer med at trække betydelige mængder ud til kommerciel brug. Cirka en milliard tons kobber anslås i globale reserver, ifølge Copper Development Association Inc., med omkring 12,5 millioner tons om året udvundet. Dette svarer til ca. 65 års resterende reserver. En del af forsyningsudfordringen kommer fra begrænset tilgængeligt kobber i høj koncentration i jordskorpen, men den anden udfordring er eksponeringen for svovldioxid og nitrogendioxid i kobbersmeltnings- og produktionsprocessen for at koncentrere metallet til nyttige mængder.

"Det nye ved denne opdagelse er, at mikrober i miljøet nemt kan omdanne kobbersulfat til nulvalent enkeltatomskobber. Dette er et gennembrud, fordi den nuværende synteseproces med enkeltatoms nulvalent kobber typisk ikke er ren, det er arbejdskrævende og dyrt, " sagde Rodrigues.

"Mikroberne udnytter en unik biologisk vej med en række proteiner, der kan udvinde kobber og omdanne det til enkeltatomet nulvalent kobber. Formålet med mikroberne er at skabe et mindre giftigt miljø for sig selv ved at omdanne det ioniske kobber til enkeltstående kobber. -atom kobber, men samtidig laver de noget, der også er gavnligt for os."

Med fokus på elektronisk mikroskopi, Robles undersøgte prøver fra Rodrigues' fund i brasilianske kobberminer, og han bestemte kobberets enkeltatomart. Rodrigues og Aquinos grupper identificerede yderligere den bakterielle proces til at omdanne kobbersulfat til elementært kobber - et sjældent fund.

Forskningsresultater viser, at denne nye omdannelsesproces som et alternativ til fremstilling af enkelte atomer af metallisk koper er sikrere, og mere effektive kontra nuværende metoder (dvs. kemisk dampaflejring, sputtering og femtosekund laserablation).

"Vi har kun arbejdet med én bakterie, men det er måske ikke den eneste derude, der udfører en lignende funktion, Rodrigues konkluderede. "Det næste skridt for denne særlige forskning er at høste kobberet fra disse celler og bruge det til praktiske anvendelser."