Avusturya BOKU Tulln ve IMC Krems Uygulamalı Bilimler Üniversitesi arasındaki araştırma işbirliği, nadir toprak elementlerinin geri kazanımına yönelik iki aşamalı, çevre dostu ve sürdürülebilir bir süreç geliştirmek için biyolojik liç ve biyobirikimin daha da geliştirilmesini kullanıyor. Biyolojik liç veya biyoliç, geleneksel hidrometalurjik zenginleştirme yöntemleriyle çözünmeyen metal sülfürlerin, bakteriler yardımıyla çözeltiye alınma işlemi olarak tanımlanıyor.

Yapılan laboratuvar çalışmalarının biyobirikim adımında, elektronik hurdalardan %85’e varan metal geri kazanım oranları elde edilmiş durumda. Başarının anahtarı biyoteknolojik süreçlerin kombinasyonunda yatıyor. Halen geliştirilme aşamasında olan bu yöntemlerin umut verici temelleri yakın zamanda Frontiers in Microbiology dergisinde de yayınlandı.

Son yıllarda cep telefonları, elektrikli araçlar ve bilgisayarlar gibi çok çeşitli elektronik cihazlarda kullanılan nadir toprak elementlerine olan talepteki keskin artış dikka çekici boyutlara ulaşmış durumda. Buna karşın, özellikle akıllı telefon ve bilgisayar gibi cihazların ömürleri nispeten kısa (genellikle 3 ila 8 yıl) olduğu için nadir toprak elementleri içeren atıklarda da ciddi bir artış var. Nadir toprak elementlerinin önemli bir hammadde kaynağı olmasına ve hatta AB tarafından kritik hammadde olarak sınıflandırılmasına rağmen, bu atıkların çoğu hala kullanılmadan çöp sahalarında son bulmaktadır. Bu nedenle, verimli geri kazanım yöntemleri üzerine yoğun araştırmalar yürütülmekte.

Çalışmada kullanılan mikrobiyoloji temelli biyoliç ve biyobirikim yöntemleri, diğer alternatif yöntemlerle kıyaslandığında elektronik atıklardan kritik hammaddelerin geri kazanılması için umut verici bir ‘yeşil’ alternatif teknolojiyi temsil ediyor. Üstelik bu yöntemler daha uygun maliyetli, tehlikeli veya kirletici ikincil atık üretmiyor ve daha az enerji kullanıyor.

Bakterilerin rolü büyük

Süreçlerin temel prensipleri, elektronik atıktan demir, bakır veya alüminyum gibi belirli metalleri ‘süzebilen’ belirli mikroorganizmalar tarafından asit üretimine dayanmakta. Bu metaller, daha sonraki biyobirikimde değerli nadir toprak elementlerinin emilim sürecine müdahale etmekte. Araştırmada farklı türlerden bir dizi bakteri kullanılmış. Örneğin, Çek Cumhuriyeti’ndeki asidik bir maden gölünden (pH 2.6) toplanan ve daha sonra laboratuvarda birlikte yetiştirilen Acidithiobacillus thiooxidans ve Alicyclobacillus disulfidooxidans, biyolojik liç işleminde kullanılmış.

Nadir toprak elementlerini geri kazanmak için kullanılan zenginleştirme işleminin önündeki temel pratik zorluk ise e-atıklarda tipik olarak bulunan diğer metallerin yüksek içeriği. Özellikle demir, bakır ve alüminyum biyoteknolojik süreci engellemekte. Araştırmacılar bu sorunun üstesinden gelmek için başka bir yenilikçi seçenek buldular: Mikropları “eğitmek”. IST-Klosterneuburg’da geliştirilen morbidostat adlı bir cihaz kullanılarak organizmalar kademeli olarak daha yüksek metal konsantrasyonlarına alıştırılıyor. Ancak, organizmaların değerli maddeleri biriktirme yeteneklerini kaybetmemeleri için biyobirikim sürecinin dikkatli bir şekilde yürütülmesi gerekiyor.

Nadir toprak elementlerinin geri dönüşümde verimlilik

Şu anda nadir toprak elementlerini çıkarmak için kullanılan yöntemler, çevreye zararlı yan ürünlerin oluşması ve yeni sorunlu maddelerin ortaya çıkmasıyla ilişkili kimyasal süreçlere dayanmaktadır. Biyoteknolojik yöntemlerin bir kombinasyonu kimyasal yöntemlere göre açık avantajlara sahiptir, çünkü hem liç hem de bakteri hücrelerinde birikim çevre dostu ve sürdürülebilirdir ve sürecin hiçbir aşamasında tehlikeli veya kirletici maddeler üretilmez.

Ancak, e-atık bileşimindeki geniş çeşitliliğin üstesinden gelmek için daha fazla araştırmaya ihtiyaç vardır. Alüminyum, demir veya bakır gibi karışan metallerin konsantrasyonu değişse bile, teknoloji sonuçların tekrarlanabilir ve güvenilir olmasını sağlayacak şekilde çalışmalıdır. BOKU ve IMC Krems’teki araştırmacılar bunu başarmak için çeşitli stratejiler izliyor. Bir diğer strateji de biyolojik liç ve biyolojik birikimden sorumlu bakterileri yüksek konsantrasyonlarda karışan metallere alıştırmak.

Yapılan ortak çalışma, pek çok umut vadeden ön sonuç içeriyor. Bununla birlikte, bu çalışmaların kontrollü laboratuvar ortamlarında tekrarlanması ve akabinde pratiğe dökülebilmesi büyük önem taşıyor.