Onderzoekers hebben een mogelijke nieuwe bron van zeldzame aardelementen gevonden - fosfaatgesteenteafval - en een milieuvriendelijke manier om ze eruit te krijgen, volgens een studie gepubliceerd in de Journal of Chemical Thermodynamics .

De aanpak kan profiteren van schone energietechnologie, volgens onderzoekers van de Rutgers University-New Brunswick en andere leden van het Critical Materials Institute, een inspanning van het Amerikaanse ministerie van Energie gericht op het versterken van de Amerikaanse toeleveringsketens voor materialen die belangrijk zijn voor schone energie.

Zeldzame aardelementen zoals neodymium en dysprosium zijn essentieel voor technologieën zoals zonne- en windenergie en geavanceerde voertuigen, samen met moderne elektronica zoals smartphones. Maar een tekort aan de productie van zeldzame aardelementen in de Verenigde Staten brengt onze energiezekerheid in gevaar. China produceert ongeveer 90 procent van al deze elementen.

Ze terugwinnen uit fosforgips - afval van de productie van fosforzuur - is een mogelijke oplossing. Elk jaar, naar schatting 250 miljoen ton fosfaaterts wordt gewonnen om fosforzuur voor meststoffen te produceren. De VS hebben in 2017 ongeveer 28 miljoen ton gedolven. Zeldzame aardelementen bevatten over het algemeen minder dan 0,1 procent in fosfaaterts. Maar wereldwijd, ongeveer 100, 000 ton van deze elementen per jaar komt terecht in het fosforgipsafval. Dat is bijna net zoveel als de ongeveer 126, 000 ton zeldzame aardoxiden die jaarlijks wereldwijd worden geproduceerd.

Conventionele methoden om zeldzame aardelementen uit ertsen te extraheren, genereren miljoenen tonnen giftige en zure verontreinigende stoffen. Maar in plaats van agressieve chemicaliën te gebruiken om de elementen te extraheren, een andere methode kan organische zuren gebruiken die door bacteriën worden geproduceerd, zeiden Paul J. Antonick en Zhichao Hu, co-hoofdauteurs van de studie. Ze zijn lid van het thermodynamica-team onder leiding van senior auteur Richard E. Riman, een Distinguished Professor in de afdeling Materials Science and Engineering in Rutgers' School of Engineering.

Het onderzoeksteam onderzocht het gebruik van minerale en organische zuren, inclusief een bio-zuur mengsel, om zes zeldzame aardelementen (yttrium, cerium, neodymium, samarium, europium en ytterbium) uit synthetisch fosforgips. Wetenschappers onder leiding van David Reed van het Idaho National Laboratory produceerden het mengsel van biozuur, dat voornamelijk bestaat uit gluconzuur, die van nature voorkomt in fruit en honing - door de bacterie Gluconobacter oxydans op glucose te laten groeien. De resultaten suggereren dat het biozuur zeldzame aardelementen beter wist te extraheren dan zuiver gluconzuur bij dezelfde pH (2,1). of zuurgraad. De minerale zuren (zwavel- en fosforzuur) slaagden er in dat scenario niet in om zeldzame aardelementen te extraheren. Toen de vier zuren in dezelfde concentratie werden getest, alleen zwavelzuur was effectiever dan het biozuur.

Een volgende stap zou zijn om biozuur te testen op industrieel fosforgips en ander afval dat vrijkomt bij de productie van fosforzuur en dat ook zeldzame aardelementen bevat. Voor hun eerste studie, de onderzoekers evalueerden fosforgips gemaakt in het laboratorium, zodat ze de samenstelling ervan gemakkelijk konden controleren. Industriële monsters zijn complexer.