Chercheurs du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), en collaboration avec Pennsylvania State University (PSU) et Idaho National Laboratory (INL), ont conçu un nouveau processus, à base d'une protéine naturelle, qui pourraient extraire et purifier des éléments de terres rares (ETR) à partir de sources à faible teneur. Il pourrait offrir une nouvelle voie vers un secteur des terres rares plus diversifié et durable pour les États-Unis.

La protéine, lanmoduline, permet une extraction et une purification en une seule étape des terres rares à partir de mélanges métalliques complexes, y compris les déchets électroniques et les sous-produits du charbon.

"La lanmoduline a plusieurs propriétés uniques et passionnantes. Nous avons tous été étonnés de découvrir qu'une protéine naturelle peut être si efficace pour l'extraction des métaux. J'ai travaillé sur de nombreuses molécules pour la purification des métaux mais celle-ci est vraiment spéciale, " a déclaré Gauthier Deblonde, chercheur au LLNL, auteur principal d'un article sur cette recherche paru dans Chimie inorganique . "Cette protéine est la macromolécule la plus sélective des terres rares caractérisée à ce jour et est capable de tolérer des conditions industriellement pertinentes telles qu'un pH bas, haute température et quantités molaires d'ions concurrents."

Les terres rares sont essentielles pour la compétitivité américaine dans l'industrie de l'énergie propre car elles sont utilisées dans de nombreux appareils importants pour une économie de haute technologie et la sécurité nationale, y compris les composants informatiques, aimants de haute puissance, éoliennes, téléphones portables, panneaux solaires, supraconducteurs, batteries de véhicules hybrides/électriques, écrans LCD, lunettes de vision nocturne et résonateurs micro-ondes accordables.

À ce jour, les procédés chimiques d'extraction et de purification des terres rares sont complexes et nocifs pour l'environnement. Extraire ou recycler les ETR de nouvelles sources, comme les déchets électroniques et les sous-produits du charbon, tout en utilisant des produits naturels, comme la lanmoduline, pourrait changer la donne.

« L'utilisation de biomolécules pour les technologies d'extraction de métaux est attrayante car la plupart des processus biochimiques se produisent avec des rendements quantitatifs, cinétique rapide et haute sélectivité et fidélité, " a déclaré Deblonde. " Nos travaux montrent également que les macromolécules bio-sourcées peuvent surpasser les chélateurs artificiels (petites molécules synthétiques qui se lient très étroitement aux ions métalliques) et peuvent apporter un changement aux méthodes actuellement très contraignantes et non durables utilisées pour les terres rares. extraction et purification."

En 2018, la lanmoduline produite par certaines bactéries a été isolée et caractérisée par l'équipe du professeur Joseph Cotruvo au PSU. C'est le seul macrochélateur connu qui a naturellement évolué pour séquestrer de manière réversible les ions ETR. Les macromolécules classiques séquestrent des éléments comme le fer ou le calcium, mais ne séquestrez pas sélectivement les terres rares. Les équipes LLNL et PSU ont étudié la chimie de la solution de lanmoduline et son utilisation potentielle pour des applications orientées vers l'industrie. Leurs travaux offrent des preuves directes que la lanmoduline forme des complexes hautement stables et solubles dans l'eau à travers la série des lanthanides tout en présentant une affinité minimale pour la plupart des non-REE.

Plus loin, la protéine permet une extraction quantitative et sélective en une étape des terres rares des déchets électroniques et du charbon de précombustion, quelque chose que les autres méthodes d'extraction chimique ne font pas.