Joey Kyber/Pixels, CC BY-SA 

Biominowanie to technika obiecana przez science fiction: ogromny zbiornik wypełniony mikroorganizmami ługującymi metal z rudy, starych telefonów komórkowych i dysków twardych.

Brzmi futurystycznie, ale obecnie jest używany do produkcji około 5% światowego złota i 20% światowej produkcji miedzi. W mniejszym stopniu jest również używany do ekstrakcji niklu, cynku, kobaltu i pierwiastków ziem rzadkich. Ale być może najbardziej ekscytującym potencjałem jest wydobywanie pierwiastków ziem rzadkich, które mają kluczowe znaczenie we wszystkim, od telefonów komórkowych po technologię energii odnawialnej.

Kopalnia Mary Kathleen, wyeksploatowana kopalnia uranu w północno-zachodnim Queensland, zawiera pierwiastki ziem rzadkich o wartości szacowanej na 4 miliardy dolarów australijskich. Biomining oferuje opłacalną i przyjazną dla środowiska opcję jej wydobycia.

Biomining jest tak wszechstronny, że można go stosować na innych ciałach planetarnych. Badania bioługowania na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej wykazały, że mikroorganizmy z ekstremalnych środowisk na Ziemi mogą wypłukiwać wiele różnych ważnych minerałów i metali ze skał pod wpływem zimna, ciepła, promieniowania i próżni kosmicznej.

Niektórzy naukowcy nawet wierzą nie możemy skolonizować innych planet bez pomocy technologii biogórniczych.

Jak to działa?

Mikroorganizmy w zbiornikach wypłukują minerały z dowolnego materiału źródłowego. Dzięki uprzejmości Pacific Northwest National Laboratory.

Biogórnictwo odbywa się w dużych, zamkniętych reaktorach zbiornikowych z mieszaniem (bioreaktorach). Urządzenia te zazwyczaj zawierają wodę, mikroorganizmy (bakterie, archeony lub grzyby), materiał rudy i źródło energii dla drobnoustrojów.

Wymagane źródło energii zależy od konkretnego drobnoustroju niezbędnego do pracy. Na przykład złoto i miedź są biologicznie „ługowane” z rud siarczkowych przy użyciu mikroorganizmów, które mogą czerpać energię ze źródeł nieorganicznych poprzez utlenianie siarki i żelaza.

Jednak pierwiastki ziem rzadkich są bioługowane z rud niesiarczkowych przy użyciu mikroorganizmów wymagających źródła węgla organicznego, ponieważ rudy te nie zawierają użytecznego źródła energii. W tym przypadku dodaje się cukry, aby umożliwić wzrost drobnoustrojów.

Wszystkie żywe organizmy potrzebują metali do przeprowadzania podstawowych reakcji enzymatycznych. Ludzie pozyskują metale ze śladowych stężeń w pożywieniu. Drobnoustroje jednak pozyskują metale, rozpuszczając je z minerałów w swoim środowisku. Robią to, wytwarzając kwasy organiczne i związki wiążące metale. Naukowcy wykorzystują te cechy, mieszając drobnoustroje w roztworze z rudami i zbierając metal, który wypływa na powierzchnię.

Temperatura, cukry, szybkość mieszania w zbiorniku, kwasowość, poziomy dwutlenku węgla i tlenu muszą być monitorowane i dostrajane, aby zapewnić optymalne warunki pracy

Korzyści z biominingu

Tradycyjne metody wydobycia wymagają silnych środków chemicznych, dużej ilości energii i powodują powstawanie wielu zanieczyszczeń. Z kolei biogórnictwo zużywa niewiele energii i wytwarza niewiele produktów ubocznych drobnoustrojów, takich jak kwasy organiczne i gazy.

Ponieważ jest to tanie i proste, biogórnictwo może skutecznie wykorzystywać źródła metali niskiej jakości (takie jak odpady kopalniane), które w innym przypadku byłyby nieekonomiczne przy użyciu tradycyjnych metod.

Kraje, takie jak Finlandia, Chile i Uganda, coraz częściej zwracają się ku biogórnictwu. Chile wyczerpało większość swoich rud bogatych w miedź i obecnie wykorzystuje biogórnictwo, podczas gdy Uganda od ponad dekady wydobywa kobalt z odpadów kopalnianych miedzi.

Dlaczego potrzebujemy pierwiastków ziem rzadkich?

Pierwiastki ziem rzadkich obejmują grupę 15 lantanowców w dolnej części układu okresowego, a także skand i itr. Są szeroko stosowane w prawie całej elektronice i są coraz bardziej poszukiwane przez przemysł pojazdów elektrycznych i energii odnawialnej.

Unikalne właściwości atomowe tych pierwiastków sprawiają, że są one przydatne jako magnesy i luminofory. Są stosowane jako silne, lekkie magnesy w pojazdach elektrycznych, turbinach wiatrowych, dyskach twardych, sprzęcie medycznym oraz jako luminofory w energooszczędnym oświetleniu oraz w diodach LED telefonów komórkowych, telewizorów i laptopów.

Pomimo swojej nazwy pierwiastki ziem rzadkich nie są rzadkością, a niektóre występują w skorupie ziemskiej w większej ilości niż miedź, nikiel i ołów. Jednak w przeciwieństwie do tych metali pierwotnych, które tworzą rudy (naturalnie występujący minerał lub skała, z której można łatwo wydobyć użyteczną substancję), pierwiastki ziem rzadkich są szeroko rozproszone. W związku z tym, aby były ekonomicznie wykonalne, są one generalnie wydobywane jako produkty wtórne obok metali pierwotnych, takich jak żelazo i miedź.

Ponad 90% pierwiastków ziem rzadkich na świecie pochodzi z Chin, gdzie monopole produkcyjne, ograniczenia handlowe i nielegalne wydobycie spowodowały, że ceny wahać się dramatycznie przez lata.

Większość technologii energii odnawialnej opiera się na metalach ziem rzadkich. Pixabay

Raporty z Departament Energii USA, Unia Europejskai komisja wywiadu USA oznaczyli kilka pierwiastków ziem rzadkich jako materiały krytyczne, opierając się na ich znaczeniu dla czystej energii, wysokim ryzyku dostaw i braku substytutów.

Raporty te zachęcają do badań i rozwoju alternatywnych metod wydobycia, takich jak biomining, jako potencjalnej strategii łagodzenia skutków.

Odpowiadając na te wezwania, laboratoria w Curtin, Berkeley Uniwersytety wykorzystywały mikroorganizmy do rozpuszczania powszechnych minerałów zawierających pierwiastki ziem rzadkich. Te badania w skali pilotażowej wykazały obiecujące wyniki, a tempo wydobycia zbliża się do konwencjonalnych metod wydobywczych.

Ponieważ większość elektroniki ma notorycznie krótką żywotność i słabe możliwości recyklingu, laboratoria eksperymentują z biogórnictwem „miejskim”. Na przykład badania nad bioługowaniem przyniosły sukces w ekstrakcji pierwiastków ziem rzadkich ze sproszkowanego luminoforu wyściełanie globusów fluorescencyjnych oraz wykorzystanie mikroorganizmów do recyklingu pierwiastków ziem rzadkich z odpadów elektronicznych, takich jak magnesy na dysk twardy.

Pierwiastki ziem rzadkich mają kluczowe znaczenie dla przyszłości naszej technologii. Biogórnictwo oferuje sposób pozyskiwania tych cennych zasobów w sposób, który jest zarówno zrównoważony środowiskowo, jak i ekonomicznie wykonalny.

O autorze

Marcos Voutsinos, doktorant, geomikrobiologia, University of Melbourne

Ten artykuł został pierwotnie opublikowany w Konwersacje. Przeczytać oryginalny artykuł.

Powiązane książki

Klimat Adaptacja Finanse i Inwestycje w Kalifornii

Jesse M. Keenan
Ta książka służy jako przewodnik dla lokalnych samorządów i prywatnych przedsiębiorstw, które poruszają się po nieznanych wodach inwestycji w adaptację do zmian klimatu i odporność. Ta książka służy nie tylko jako przewodnik po zasobach do identyfikacji potencjalnych źródeł finansowania, ale także jako mapa drogowa dla procesów zarządzania aktywami i finansów publicznych. Podkreśla praktyczne synergie między mechanizmami finansowania, a także konflikty, które mogą powstać między różnymi interesami i strategiami. Chociaż głównym celem tej pracy jest stan Kalifornia, książka ta oferuje szerszy wgląd w to, w jaki sposób stany, samorządy i prywatne przedsiębiorstwa mogą podjąć te krytyczne pierwsze kroki w inwestowaniu w zbiorową adaptację społeczeństwa do zmian klimatu. Dostępne na Amazon

Naturalne rozwiązania w zakresie adaptacji do zmian klimatu na obszarach miejskich: powiązania między nauką, polityką i praktyką

autorzy: Nadja Kabisch, Horst Korn, Jutta Stadler, Aletta Bonn
Ta otwarta książka łączy wyniki badań i doświadczenia z nauki, polityki i praktyki, aby podkreślić i omówić znaczenie rozwiązań opartych na przyrodzie dla adaptacji do zmian klimatu na obszarach miejskich. Nacisk kładzie się na potencjał podejść opartych na przyrodzie w tworzeniu wielu korzyści dla społeczeństwa.

Eksperci przedstawiają zalecenia dotyczące tworzenia synergii między bieżącymi procesami politycznymi, programami naukowymi i praktycznym wdrażaniem zmian klimatu i środków ochrony przyrody na globalnych obszarach miejskich. Dostępne na Amazon

Krytyczne podejście do adaptacji do zmian klimatu: dyskursy, zasady i praktyki

autor: Silja Klepp, Libertad Chavez-Rodriguez
Ten zredagowany tom łączy krytyczne badania nad dyskursami, politykami i praktykami dotyczącymi adaptacji do zmian klimatu z perspektywy multidyscyplinarnej. Opierając się na przykładach z krajów takich jak Kolumbia, Meksyk, Kanada, Niemcy, Rosja, Tanzania, Indonezja i Wyspy Pacyfiku, rozdziały opisują, w jaki sposób środki dostosowawcze są interpretowane, przekształcane i wdrażane na poziomie lokalnym oraz w jaki sposób środki te zmieniają się lub zakłócają relacje władzy, pluralizm prawny i wiedza lokalna (ekologiczna). Książka jako całość rzuca wyzwanie ustalonym perspektywom adaptacji do zmian klimatu, biorąc pod uwagę kwestie różnorodności kulturowej, uzasadnienia środowiskowego i praw człowieka, a także podejścia feministyczne lub międzysektorowe. To innowacyjne podejście pozwala na analizę nowych konfiguracji wiedzy i mocy, które ewoluują w imię adaptacji do zmian klimatu. Dostępne na Amazon

Od wydawcy:
Zakupy na Amazon iść na pokrycie kosztów przynoszą InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, i ClimateImpactNews.com bez kosztów i bez reklamodawców śledzących twoje nawyki przeglądania. Nawet jeśli klikniesz link, ale nie kupisz tych wybranych produktów, wszystko, co kupisz podczas tej samej wizyty w Amazon, płaci nam niewielką prowizję. Nie ponosisz żadnych dodatkowych kosztów, więc proszę przyczynić się do wysiłku. Możesz też skorzystaj z tego linku do korzystania z Amazon w dowolnym momencie, aby pomóc wesprzeć nasze wysiłki.