Processus de recyclage efficace des terres rares par biolixiviation et bioaccumulation
Grand potentiel de récupération de matériaux précieux à partir de déchets électroniques : jusqu'à 85 % de terres rares récupérées en laboratoire
Une collaboration de recherche entre BOKU Tulln et IMC University of Applied Sciences Krems utilise le développement de la biolixiviation et de la bioaccumulation pour mettre au point un processus en deux étapes, respectueux de l'environnement et durable, pour la récupération des terres rares. Lors de l'étape de bioaccumulation, des taux de récupération des métaux allant jusqu'à 85 % ont été obtenus à partir de déchets électroniques. La clé du succès réside dans la combinaison de processus biotechnologiques. Les bases prometteuses de ces méthodes, actuellement en cours de développement, ont été récemment publiées dans la revue Frontiers in Microbiology.
La forte augmentation de la demande en électronique ces dernières années, utilisée dans une large gamme d'appareils électroniques tels que les téléphones portables, les véhicules électriques et les ordinateurs, a entraîné une augmentation des déchets contenant des terres rares. La plupart de ces déchets finissent encore inutilisés dans les décharges, bien que les terres rares constituent une source importante de matières premières et aient même été classées comme matières premières critiques par l'UE. C'est pourquoi des recherches intensives sont menées sur les méthodes efficaces de récupération. Comparées à d'autres méthodes, les méthodes de biolixiviation et de bioaccumulation basées sur la microbiologie représentent une technologie alternative "verte" prometteuse pour récupérer les matières premières critiques des déchets électroniques. Elles sont rentables, ne produisent pas de déchets secondaires dangereux ou polluants et consomment moins d'énergie. Les principes de base de ces procédés reposent sur la production d'acides par certains micro-organismes qui peuvent "lixivier" certains métaux tels que le fer, le cuivre ou l'aluminium contenus dans les déchets électroniques. Ces métaux interfèrent avec le processus d'absorption des précieuses terres rares dans la bioaccumulation qui s'ensuit. Les deux méthodes font l'objet de recherches depuis un certain temps par les deux partenaires, BOKU Tulln et IMC University of Applied Sciences Krems, et les équipes de recherche ont maintenant uni leurs forces dans le cadre d'une collaboration prometteuse et ont combiné leur expertise.
"Rien ne vient de rien" : formation des microbes
Outre les chercheurs, l'étude actuelle a impliqué un certain nombre d'autres acteurs clés dans le processus de biolixiviation, qui est résumé dans la technologie commune : Des bactéries de différentes espèces. Par exemple, Acidithiobacillus thiooxidans et Alicyclobacillus disulfidooxidans, collectés à l'origine dans un lac minier acide (pH 2,6) en République tchèque et cultivés ensemble en laboratoire, ont été utilisés dans le processus de biolixiviation. Ces organismes acidophiles et chimiolithotrophes se développent dans des environnements acides et tirent leur énergie de l'oxydation de composés inorganiques. En termes de bioaccumulation, Escherichia coli, la bactérie intestinale bien connue, s'est avérée être le meilleur accumulateur de terres rares.
Le principal défi pratique pour le processus d'enrichissement utilisé pour récupérer les terres rares est la teneur élevée en autres métaux que l'on trouve généralement dans les déchets électroniques. En particulier, le fer, le cuivre et l'aluminium interfèrent avec le processus biotechnologique. Pour surmonter ce problème, les chercheurs ont imaginé une autre option innovante : "Entraîner les microbes. À l'aide d'un appareil appelé morbidostat, développé à l'IST-Klosterneuburg, les organismes sont progressivement habitués à des concentrations plus élevées de métaux. Toutefois, le processus de bioaccumulation doit être mené avec précaution afin que les organismes ne perdent pas leur capacité à accumuler les précieuses substances.
Efficacité par étapes
Les méthodes actuellement utilisées pour extraire les terres rares sont basées sur des processus chimiques, qui sont associés à la formation de sous-produits nocifs pour l'environnement et à la création de nouvelles substances problématiques. Une combinaison de méthodes biotechnologiques présente des avantages évidents par rapport aux méthodes chimiques, car tant la lixiviation que l'accumulation dans les cellules des bactéries sont respectueuses de l'environnement et durables, et aucune substance dangereuse ou polluante n'est produite à aucun stade du processus. Toutefois, des recherches supplémentaires sont nécessaires pour surmonter les grandes variations dans la composition des déchets électroniques. Même si la concentration de métaux interférents tels que l'aluminium, le fer ou le cuivre est modifiée, la technologie doit fonctionner de manière à ce que les résultats soient reproductibles et fiables. Les chercheurs du BOKU et de l'IMC Krems poursuivent plusieurs stratégies pour y parvenir. Une autre stratégie consiste à acclimater les bactéries responsables de la biolixiviation et de la bioaccumulation à des concentrations élevées de métaux interférents. Cela est possible grâce à l'utilisation d'un système appelé morbidostat. Dans ce système, les micro-organismes sont exposés à une concentration de métaux interférents qui augmente progressivement, puis sont mis en attente jusqu'à ce que l'acculturation se produise et que les organismes commencent à se développer davantage.
Parallèlement au conditionnement des micro-organismes, des systèmes sont testés pour déclencher une réduction de la concentration des métaux interférents. Parmi les matériaux étudiés figurent les hydrogels de lignine mis au point par BOKU. La combinaison de ces stratégies vise à garantir l'efficacité et la durabilité de la combinaison innovante de la biolixiviation et de la bioaccumulation afin de développer une nouvelle méthode respectueuse de l'environnement pour le recyclage des terres rares.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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