Les eaux usées de pommes de terre pourraient nourrir les bactéries utilisées pour recycler les appareils de haute technologie
Mais maintenant, de nouvelles recherches du laboratoire national de l’Idaho suggèrent que les eaux usées de pommes de terre pourraient bien servir de source de nourriture à faible coût pour une bactérie spéciale qui pourrait être utilisée pour recycler des dispositifs de haute technologie, des catalyseurs industriels et d’autres sources d’éléments de terres rares. Les éléments de terres rares sont une classe d’éléments métalliques, y compris le néodyme et le dysprosium, que l’on trouve dans tout, des téléphones portables et des ordinateurs aux éoliennes et aux véhicules électriques. Ces éléments sont difficiles à obtenir, laissant les fabricants américains vulnérables aux pénuries d’approvisionnement.
Une équipe de recherche de l’INL a développé un moyen écologique de recycler les éléments des terres rares à l’aide d’une bactérie appelée Gluconobacter oxydans. Lorsqu’il est fourni avec des nutriments, Gluconobacter produit des acides organiques qui dissolvent les éléments métalliques du matériau environnant et les mettent en solution – un processus appelé «biolixiviation».
Auparavant, les chercheurs de l’INL Vicki Thompson et David Reed ont mené une analyse économique de leur processus de biolixiviation et ont constaté que le glucose utilisé pour nourrir les microbes était la plus grosse dépense, représentant 44% du coût total.
Dans leur étude la plus récente, Thompson, Reed et Yoshiko Fujita, scientifique senior de l’INL, ont comparé les performances et le coût du glucose à d’autres sources de nutriments, à savoir les eaux usées de pommes de terre et les tiges de maïs, les feuilles, les tiges et les épis laissés après la récolte du maïs. Des chercheurs du Lawrence Livermore National Laboratory et de l’Université de l’Arizona ont également participé à l’étude.
Ce réacteur aide à préparer un mélange d’acide organique pour le processus de biolixiviation, une manière écologique de recycler les éléments de terres rares provenant de l’électronique usée et des catalyseurs industriels. Des chercheurs de l’INL ont découvert que les eaux usées de pommes de terre sont une source alimentaire rentable pour Gluconobacter oxydans, la bactérie qui produit le mélange d’acide organique.
David Reed, chercheur à l’INL:
« Le grand défi est: » Comment réduire les coûts? » Une chose que nous faisons est d’utiliser les résidus agricoles et les déchets alimentaires comme source de nutriments pour ces micro-organismes. Les déchets sont également un problème pour l’industrie dans certains cas. «
« Actuellement, ces eaux usées sont quelque chose dont les transformateurs de pommes de terre doivent se débarrasser. Ils sont limités dans le nombre de pommes de terre qu’ils peuvent traiter par la quantité d’eaux usées qu’ils peuvent rejeter. »
Reed et ses collègues ont alimenté les bactéries avec les trois différentes sources de nutriments et ont mesuré la capacité du mélange résultant de récupérer les éléments de terres rares du catalyseur de craquage catalytique fluide – une substance utilisée par les raffineries de pétrole. Les déchets de pommes de terre ont été presque aussi bons que le glucose, tandis que les tiges de maïs étaient légèrement moins efficaces.
Ce diagramme montre comment le processus de biolixiviation – une manière écologique de recycler les éléments des terres rares – peut réduire deux flux de déchets: les eaux usées de pommes de terre et les appareils électroniques usagés.
Les chercheurs ont ensuite estimé le coût de construction et d’exploitation d’un processus de recyclage des éléments de terres rares à l’échelle industrielle en utilisant chaque source de nutriments. L’analyse économique a montré que la tige de maïs était la plus économique (22% moins cher que le glucose), suivie des eaux usées de pomme de terre (17% moins chère).
Bien que ces chiffres puissent sembler une mauvaise nouvelle pour les pommes de terre de l’Idaho et de meilleures nouvelles pour le maïs, il y a une grande mise en garde.
Vicki Thompson, éminente ingénieure du personnel de l’INL:
«Ce qui a motivé les économies sur les déchets de pommes de terre, c’est de les transporter vers la raffinerie de pétrole de Salt Lake City. Si vous pouviez co-implanter la raffinerie avec l’installation de traitement de pommes de terre, le coût du transport de ce liquide sur 200 miles disparaîtrait.
De même, les raffineries de pétrole du Midwest pourraient co-implanter avec des sources de tiges de maïs.
Yoshiko Fujita:
« C’est formidable de créer de nouvelles technologies pour récupérer les éléments des terres rares des déchets, mais il y a tous ces autres facteurs. Si nous ne pouvons pas faire une collecte économique des matériaux, cela n’a pas vraiment d’importance. »
Un autre endroit pour améliorer la rentabilité est l’installation de transformation de pommes de terre.
David Reed:
« Nous n’avons considéré aucun avantage économique pour l’usine de transformation de pommes de terre. Cela pourrait rendre notre procédé encore plus économique. Cela réduit ou élimine les coûts d’élimination des pommes de terre et des catalyseurs. »
En fin de compte, les tiges de maïs et les eaux usées de pommes de terre sont des sources de nutriments bon marché pour la croissance de la bactérie, avec l’avantage supplémentaire de réduire les déchets. Les chercheurs cherchent à savoir si les déchets solides municipaux pourraient constituer une autre source de nourriture.
David Reed:
« Un flux de déchets est utilisé pour traiter un autre flux de déchets. Et, dans le processus, nous créons un produit: ces métaux qui peuvent être utilisés pour produire plus d’électronique. »
David Reed, chercheur à l’INL, et ses collègues ont découvert un type de bactérie, Gluconobacter oxydans, qui produit des acides organiques adaptés à l’extraction d’éléments de terres rares de l’électronique et des catalyseurs industriels.
La recherche a été financée par le Critical Materials Institute, un centre d’innovation du département de l’énergie dirigé par le laboratoire Ames du département américain de l’énergie et soutenu par le Bureau de la fabrication avancée de l’Office of Energy Efficiency and Renewable Energy, qui soutient la recherche appliquée au stade précoce pour faire progresser l’innovation. dans le secteur manufacturier américain et favorise la croissance économique américaine et la sécurité énergétique. CMI cherche des moyens d’éliminer et de réduire la dépendance à l’égard des métaux des terres rares et d’autres matériaux sujets à des perturbations de la chaîne d’approvisionnement.