Джои Кибер / Пиксели, CC BY-SA 

Биомайнинг - это метод, обещанный научной фантастикой: огромный резервуар, заполненный микроорганизмами, которые выщелачивают металл из руды, старые мобильные телефоны и жесткие диски.

Это звучит футуристично, но в настоящее время используется для производства около 5% золота в мире и 20% меди в мире, Он также используется в меньшей степени для извлечения никеля, цинка, кобальта и редкоземельных элементов. Но, возможно, самый захватывающий потенциал - извлечение редкоземельных элементов, которые имеют решающее значение во всем, от мобильных телефонов до технологий использования возобновляемых источников энергии.

Шахта Мэри Кэтлин, уран из уранового рудника на северо-западе Квинсленда, содержит, по оценкам, 4 млрд. Редкоземельных элементов. Биомайнинг предлагает экономически эффективный и экологически чистый способ его получения.

Биоминирование настолько универсально, что его можно использовать на других планетарных телах. Исследования биологического выщелачивания На международной космической станции показано, что микроорганизмы из экстремальных сред на Земле могут вымывать большое количество важных минералов и металлов из горных пород при воздействии холода, жары, радиации и вакуума космоса.

Некоторые ученые даже верят мы не можем колонизировать другие планеты без помощи технологий биоминирования.

Как это работает?

Микроорганизмы в резервуарах выщелачивают минералы из любого исходного материала. Предоставлено Тихоокеанской Северо-Западной Национальной Лабораторией.

Биоминирование происходит в больших закрытых реакторах с перемешиванием (биореакторы). Эти устройства обычно содержат воду, микроорганизмы (бактерии, археи или грибки), рудный материал и источник энергии для микробов.

Требуемый источник энергии зависит от конкретного микроба, необходимого для работы. Например, золото и медь биологически «выщелачиваются» из сульфидных руд с использованием микроорганизмов, которые могут получать энергию из неорганических источников путем окисления серы и железа.

Однако редкоземельные элементы подвергаются биологическому выщелачиванию из несульфидных руд с использованием микроорганизмов, для которых требуется источник органического углерода, поскольку эти руды не содержат полезного источника энергии. В этом случае сахара добавляются, чтобы позволить микробам расти.

Все живые организмы нуждаются в металлах для проведения основных ферментативных реакций. Люди получают свои металлы из следовых концентраций в пище. Микробы, однако, получают металлы, растворяя их из минералов в окружающей среде. Они делают это путем производства органических кислот и металлсвязывающих соединений. Ученые используют эти черты, смешивая микробы в растворе с рудами и собирая металл, когда он всплывает наверх.

Температура, уровень сахара, скорость перемешивания в резервуаре, кислотность, уровни углекислого газа и кислорода должны контролироваться и настраиваться для обеспечения оптимальных условий работы.

Преимущества биоминирования

Традиционные методы добычи требуют агрессивных химикатов, большого количества энергии и производят много загрязнителей. Напротив, биоминирование использует мало энергии и производит мало микробных побочных продуктов, таких как органические кислоты и газы.

Поскольку биоминирование дешевое и простое, оно может эффективно использовать источники металлов низкого качества (например, шахты), которые в противном случае были бы неэкономичными с использованием традиционных методов.

Страны все чаще обращаются к биоминированию, такие как Финляндия, Чили и Уганда. Чили исчерпала большую часть своих богатых медью руд и теперь использует биоминирование, в то время как Уганда добывает кобальт из хвостов медной шахты уже более десяти лет.

Зачем нам нужны редкоземельные элементы?

К редкоземельным элементам относится группа лантаноидов 15 в нижней части таблицы Менделеева, а также скандий и иттрий. Они широко используются практически во всех электронных приборах и все больше востребованы в сфере электромобилей и возобновляемых источников энергии.

Уникальные атомные свойства этих элементов делают их полезными в качестве магнитов и люминофоров. Они используются в качестве сильных легких магнитов в электромобилях, ветряных турбинах, жестких дисках, медицинском оборудовании и в качестве люминофоров в энергосберегающем освещении и в светодиодах мобильных телефонов, телевизоров и ноутбуков.

Несмотря на свое название, редкоземельные элементы не редки, и некоторые из них на самом деле более богаты, чем медь, никель и свинец в земной коре. Однако, в отличие от этих первичных металлов, которые образуют руды (природный минерал или породу, из которой можно легко извлечь полезное вещество), редкоземельные элементы широко рассеяны. Таким образом, чтобы быть экономически целесообразным, они обычно добываются как вторичные продукты наряду с первичными металлами, такими как железо и медь.

Более 90% редкоземельных элементов в мире происходит из Китая, где производственные монополии, торговые ограничения и незаконная добыча привели к росту цен. резко колебаться на протяжении многих лет.

Большинство технологий использования возобновляемых источников энергии зависят от редкоземельных металлов. Pixabay

Отчеты из Департамент энергетики США, Европейского союза, и Разведывательная комиссия США пометили несколько редкоземельных элементов в качестве критических материалов, исходя из их важности для чистой энергии, высокого риска поставок и отсутствия заменителей.

Эти отчеты поощряют исследования и разработки в области альтернативных методов добычи, таких как биоминирование, в качестве потенциальной стратегии смягчения последствий.

Прислушиваясь к этим призывам, лаборатории в Куртинаи Беркли Университеты использовали микроорганизмы для растворения распространенных минералов, содержащих редкоземельные элементы. Эти экспериментальные масштабные исследования показали многообещающие результаты, при этом темпы добычи увеличиваются по сравнению с обычными методами добычи.

Поскольку большинство электроники имеют заведомо короткий срок службы и плохую переработку, лаборатории экспериментируют с «городским» биоминированием. Например, исследования биологического выщелачивания показали успех в извлечение редкоземельных элементов из порошка люминофора футеровка флуоресцентных шариков и использование микроорганизмов для переработки редкоземельных элементов из электронных отходов, таких как магниты для жесткого диска.

Редкоземельные элементы имеют решающее значение для будущего нашей технологии. Биомайнинг предлагает способ получить эти ценные ресурсы как с экологической, так и с экономической точки зрения.

Об авторе

Маркос Воуцинос, кандидат философских наук, геомикробиология, Университет Мельбурна

Эта статья изначально была опубликована в Беседа, Прочтите оригинал статьи.

Книги по этой теме

Климатическая адаптация Финансы и инвестиции в Калифорнии

Джесси М. Кинэн
Эта книга служит руководством для местных органов власти и частных предприятий, поскольку они ориентируются в неисследованных водах инвестиций в адаптацию к изменению климата и устойчивость к ним. Эта книга служит не только справочным пособием для определения потенциальных источников финансирования, но и дорожной картой для процессов управления активами и государственными финансами. В нем подчеркивается практическое взаимодействие между механизмами финансирования, а также конфликты, которые могут возникнуть между различными интересами и стратегиями. В то время как основное внимание в этой работе уделяется штату Калифорния, эта книга предлагает более широкое понимание того, как штаты, местные органы власти и частные предприятия могут сделать эти важные первые шаги в инвестировании в коллективную адаптацию общества к изменению климата. Доступно на Amazon

Природные решения для адаптации к изменению климата в городских районах: связь между наукой, политикой и практикой

Надя Кабиш, Хорст Корн, Ютта Штадлер, Алетта Бонн
Эта книга в открытом доступе объединяет результаты исследований и опыт науки, политики и практики, чтобы подчеркнуть и обсудить важность основанных на природе решений для адаптации к изменению климата в городских районах. Особое внимание уделяется потенциалу природоохранных подходов в создании множественных выгод для общества.

В материалах экспертов представлены рекомендации по созданию синергии между текущими политическими процессами, научными программами и практическим осуществлением мер по изменению климата и охране природы в глобальных городских районах. Доступно на Amazon

Критический подход к адаптации к изменению климата: дискурсы, политика и практика

Силья Клепп, Либертад Чавес-Родригес
Этот отредактированный том объединяет критические исследования дискурсов, политики и практики адаптации к изменению климата с междисциплинарной точки зрения. Опираясь на примеры из таких стран, как Колумбия, Мексика, Канада, Германия, Россия, Танзания, Индонезия и острова Тихого океана, в главах описывается, как меры адаптации интерпретируются, трансформируются и применяются на низовом уровне и как эти меры меняются или мешают властные отношения, правовой плюрализм и местные (экологические) знания. В целом, книга бросает вызов установленным перспективам адаптации к изменению климата, принимая во внимание вопросы культурного разнообразия, экологической справедливости и прав человека, а также феминистский или межсекционный подход. Этот инновационный подход позволяет анализировать новые конфигурации знаний и власти, которые развиваются во имя адаптации к изменению климата. Доступно на Amazon

От издателя:
Покупки на Amazon идут, чтобы покрыть стоимость привлечения вас InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, и ClimateImpactNews.com бесплатно и без рекламодателей, которые отслеживают ваши привычки просмотра. Даже если вы нажмете на ссылку, но не купите эти выбранные продукты, все остальное, что вы купите в этом же посещении Amazon, платит нам небольшую комиссию. Никаких дополнительных затрат для вас нет, поэтому, пожалуйста, внесите свой вклад. Вы также можете воспользоваться этой ссылкой использовать в Amazon в любое время, чтобы вы могли помочь поддержать наши усилия.