Forskare har hittat en möjlig ny källa till sällsynta jordartsmetaller - fosfatavfall - och ett miljövänligt sätt att få ut dem, enligt en studie publicerad i Journal of Chemical Thermodynamics .

Tillvägagångssättet kan gynna ren energiteknik, enligt forskare vid Rutgers University-New Brunswick och andra medlemmar av Critical Materials Institute, en satsning från det amerikanska energidepartementet som syftar till att stärka amerikanska leveranskedjor för material som är viktiga för ren energi.

Sällsynta jordartsmetaller som neodym och dysprosium är viktiga för teknologier som sol- och vindenergi och avancerade fordon, tillsammans med modern elektronik som smartphones. Men en brist på produktion av sällsynta jordartsmetaller i USA sätter vår energisäkerhet på spel. Kina producerar ungefär 90 procent av alla sådana ämnen.

Att återvinna dem från fosforgips - avfall från fosforsyraproduktion - är en potentiell lösning. Varje år, uppskattningsvis 250 miljoner ton fosfatberg bryts för att producera fosforsyra för gödningsmedel. USA bröt cirka 28 miljoner ton 2017. Sällsynta jordartsmetaller uppgår i allmänhet till mindre än 0,1 procent i fosfatberg. Men över hela världen, cirka 100, 000 ton av dessa grundämnen per år hamnar i fosforgipsavfall. Det är nästan lika mycket som de cirka 126, 000 ton oxider av sällsynta jordartsmetaller produceras över hela världen varje år.

Konventionella metoder för att utvinna sällsynta jordartsmetaller från malmer genererar miljontals ton giftiga och sura föroreningar. Men istället för att använda starka kemikalier för att extrahera grundämnena, en annan metod kan använda organiska syror som produceras av bakterier, sa Paul J. Antonick och Zhichao Hu, medförfattare till studien. De är medlemmar i termodynamikteamet som leds av seniorförfattaren Richard E. Riman, en framstående professor vid institutionen för materialvetenskap och teknik vid Rutgers' School of Engineering.

Forskargruppen utforskade med hjälp av mineraliska och organiska syror, inklusive en biosyrablandning, att extrahera sex sällsynta jordartsmetaller (yttrium, cerium, neodym, samarium, europium och ytterbium) från syntetiskt fosforgips. Forskare under ledning av David Reed vid Idaho National Laboratory producerade biosyrablandningen - som huvudsakligen bestod av glukonsyra, finns naturligt i frukt och honung – genom att odla bakterierna Gluconobacter oxydans på glukos. Resultaten tyder på att biosyran gjorde ett bättre jobb med att extrahera sällsynta jordartsmetaller än ren glukonsyra vid samma pH (2,1), eller surhetsgrad. Mineralsyrorna (svavelsyra och fosfor) lyckades inte extrahera några sällsynta jordartsmetaller i det scenariot. När de fyra syrorna testades i samma koncentration, endast svavelsyra var effektivare än biosyran.

Ett nästa steg skulle vara att testa biosyra på industriellt fosforgips och annat avfall som genereras under fosforsyraproduktion som också innehåller sällsynta jordartsmetaller. För deras inledande studie, forskarna utvärderade fosforgips tillverkad i labbet, så att de lätt kunde kontrollera dess sammansättning. Industriella prover är mer komplexa.