Elementos de terras raras (REEs) são um grupo de 17 metais quimicamente semelhantes, que receberam esse nome porque normalmente ocorrem em baixas concentrações (entre 0,5 e 67 partes por milhão) dentro da crosta terrestre. Por serem indispensáveis ??na tecnologia moderna, como diodos emissores de luz, telefones celulares, eletromotores, turbinas eólicas, discos rígidos, câmeras, ímãs e lâmpadas de baixo consumo, a demanda por eles aumentou constantemente nas últimas décadas e é previsto aumentar ainda mais até 2030.

Devido à sua raridade e à procura, são caros: por exemplo, um quilo de óxido de neodímio custa atualmente cerca de 200 euros, enquanto a mesma quantidade de óxido de térbio custa cerca de 3.800 euros. Hoje, a China tem quase o monopólio da mineração de REEs, embora a descoberta de novas descobertas promissoras (mais de um milhão de toneladas métricas) em Kiruna, na Suécia, tenha sido anunciada com grande alarde em janeiro de 2023.

As vantagens de passar de uma economia "linear" de desperdício para uma economia "circular", onde todos os recursos são reciclados e reutilizados, são óbvias. Então, poderíamos reciclar REEs com mais eficiência também?

Em Frontiers in Bioengineering and Biotechnology , cientistas alemães mostraram que a resposta é sim: a biomassa de algumas cianobactérias fotossintéticas exóticas pode absorver eficientemente REEs de águas residuais ; por exemplo, aqueles derivados da mineração, metalurgia ou reciclagem de lixo eletrônico. Os REEs absorvidos podem depois ser lavados da biomassa e coletados para reutilização.

"Aqui, otimizamos as condições de absorção de REE pela biomassa de cianobactérias e caracterizamos os mecanismos químicos mais importantes para ligá-los. Essas cianobactérias podem ser usadas em futuros processos ecologicamente corretos para recuperação simultânea de REE e tratamento de águas residuais industriais", disse o Dr. Thomas Brück, professor da Universidade Técnica de Munique e último autor do estudo.

A biossorção é um processo metabolicamente passivo para a ligação rápida e reversível de íons de soluções aquosas à biomassa. Brück e colegas mediram o potencial de biossorção dos REEs lantânio, cério, neodímio e térbio por 12 cepas de cianobactérias em cultura de laboratório. A maioria dessas cepas nunca havia sido avaliada quanto ao seu potencial biotecnológico antes. Eles foram amostrados em habitats altamente especializados, como solos áridos nos desertos da Namíbia, a superfície de líquens em todo o mundo, lagos de natrão no Chade, fendas nas rochas na África do Sul ou riachos poluídos na Suíça.

Os autores descobriram que uma nova espécie não caracterizada de Nostoc teve a maior capacidade de biossorção de íons desses quatro REEs de soluções aquosas , com eficiências entre 84,2 e 91,5 mg por g de biomassa, enquanto Scytonema hyalinum teve a menor eficiência de 15,5 a 21,2 mg por g. Também foram eficientes Synechococcus elongates, Desmonostoc muscorum, Calothrix brevissima e uma nova espécie não caracterizada de Komarekiella. Descobriu-se que a biossorção depende fortemente da acidez: foi maior em um pH entre cinco e seis e diminuiu constantemente em soluções mais ácidas. O processo foi mais eficiente quando não houve "competição" pela superfície de biossorção na biomassa de cianobactérias de íons positivos de outros metais não REE, como zinco, chumbo, níquel ou alumínio.

Os autores usaram uma técnica chamada espectroscopia de infravermelho para determinar quais grupos químicos funcionais na biomassa foram os principais responsáveis ??pela biossorção de REEs.

"Descobrimos que a biomassa derivada de cianobactérias tem excelentes características de adsorção devido à sua alta concentração de porções de açúcar carregadas negativamente, que carregam grupos carbonila e carboxila. Esses componentes carregados negativamente atraem íons metálicos carregados positivamente, como REEs, e sustentam sua ligação à biomassa ”, disse o primeiro autor Michael Paper, cientista da Universidade Técnica de Munique.

Os autores concluem que a biossorção de REEs por cianobactérias é possível mesmo em baixas concentrações dos metais. O processo também é rápido: por exemplo, a maior parte do cério em solução foi biossorvida cinco minutos após o início da reação.

"As cianobactérias aqui descritas podem adsorver quantidades de REEs correspondentes a até 10% de sua matéria seca. A biossorção apresenta, assim, um processo econômico e ecologicamente otimizado para a recuperação circular e reutilização de metais de terras raras de efluentes industriais diluídos da mineração, eletrônica, e produtores de catalisadores químicos", disse Brück.

"Espera-se que este sistema se torne economicamente viável em um futuro próximo, já que a demanda e os preços de mercado para REEs provavelmente aumentarão significativamente nos próximos anos", disse ele.