En ny biokemisk lakningsprocess har utvecklats som använder majsstover som råvara, och återvinner värdefulla sällsynta jordartsmetaller från elektroniskt avfall.

Det är inget nytt för Iowans att majs och dess biprodukter kan användas för högteknologiska applikationer, allt från bioplast till etanol. Att använda majsspis för vad som i huvudsak är en gruvprocess kan verka som en sträcka även för Iowa – världens största producent av majs – men den nya processen använder verkligen stover som en nyckelingrediens. Forskningen leddes av U.S. Department of Energy's Critical Materials Institute (CMI) med huvudkontor vid Ames Laboratory på Iowa State University campus, och utförd av forskare vid Idaho och Lawrence Livermore National Laboratories, och Purdue University.

David Reed, Yoshiko Fujita, och Vicki Thompson kommer från Idaho National Laboratory's Biological and Chemical Processing Department, och är forskare för Critical Materials Institute. De är en del av ett CMI-team vars arbete ägnas åt att hitta ett sätt att ta itu med ett växande miljö- och tillverkningsproblem – den ständigt ökande mängden elektroniskt avfall, som kasserade mobiltelefoner och hårddiskar, och potentialen för att återvinna och återvinna högt efterfrågade sällsynta jordartsmetaller för att kunna användas igen i tillverkningen.

Hydrometallurgi är en flytande kemisk process som används för att utvinna metaller från malmer, återvunnet, eller restmaterial. Men traditionella lakningsmetoder som redan används av gruvindustrin är inte ett bra val för återvinnings- och återvinningsmetoder av ett antal anledningar, sa Thompson, som är Distinguished Staff Engineer på INL.

"De är vanligtvis svavelsyrabaserade vilket är en miljöfara, och använd värme och tryck, vilket gör dem dyra, ", sa hon. "Ur både ett miljömässigt och ekonomiskt perspektiv, vi behövde hitta en mer effektiv process."

De hittade det genom att utnyttja förmågorna hos en stam av Gluconobacter-bakterier, en syraproducerande mikrob.

"De har utvecklats under miljarder år, " sa Thompson. "De var inte avsedda för det här arbetet men de gör ett jäkligt bra jobb." De resulterande organiska syrorna är en av de aktiva ingredienserna för att lösa upp och extrahera de sällsynta jordartsmetallerna från avfallsmaterial. Men bakterierna är små hungriga saker, och som deras namn antyder, de gillar det söta - glukos, eller socker.

"De trivs i en sockerrik miljö. De gillar enkla sockerarter som är lätta att äta, lätt att bryta ner, precis som vi gillar Twinkies och munkar, sade Reed, huvudutredaren som leder forskningen. "Men raffinerad glukos står för 44 procent av kostnaden för denna återvinningsmetod, så vi började leta efter billigare alternativ."

Fujita, vem är den ledande forskaren för CMI:s forskningsinsatser för miljöhållbarhet, sade att gruppen vände sig till att undersöka jordbruksavfallsströmmar som potatisskal och äppelbearbetningsvatten (lokalt för forskarna och rikligt i Idaho) och majsstover (lokalt till CMI:s huvudkontor i Iowa) för att omvandla till de grundläggande sockerarter som behövs för att mata bakterierna för metallgruvdrift. . Majsstover vann, är relativt lätt att omvandla till användbara sockerarter, och kostnadskonkurrenskraftig för kommersialisering i större skala.

"CMI vet att de måste uppfinna lösningar på kritiska materialutmaningar som är ekonomiskt och miljömässigt hållbara, " sa CMI-chefen Alex King. "I det här fallet, att uppfylla dessa nationella mål kan också gynna Iowas bönder."