Направи дарение на училище!

Копаенето в мините е мръсна и вредна работа. Можем ли тогава да добиваме металите, от които се нуждаем, от ферми?

Когато нарежете клон от Phyllanthus rufuschaneyi, от него обилно потича ярък синьо-зелен сок. Това е нещо, което улавя вниманието на ловеца на растения Антъни ван дер Ент, който натъквайки се на този необичаен дървесен храст в станцията на националния парк Борнео в Малайзия, знаеше че трябва да го изследва допълнително. Оказа се, че сокът му е пълен със съдържание на никел.

Ван дер Ент, от Университета на Куинсланд (Австралия), е един от няколкото учени, които смятат, че растения като това може да бъдат решение на един от най-належащите проблеми на нашата епоха.
Търсенето на метали от години постоянно нараства, тъй като те са основни редиенти в ежедневните технологии като телефони и компютри.
Апетитът ни към тези метали скоро ще стане още по-голям, тъй като те са необходими и за зелени технологии като вятърни турбини и акумулаторни батерии в електрическите автомобили. И все пак добивът им е труден, вреден за околната среда и понякога изключително опасен.
Може ли вместо това тези проблеми да бъдат решени чрез отглеждане на метали?
Ван дер Ент вярва, че може.
Скоро ще видим дали е прав, тъй като в Китай, Европа и Малайзия вече възникват първите ферми за метали. На пръв поглед тези ферми са всестранни победители: печалбите са изрядни, а екологичните показатели – отлични. Затова се подгответе за най-иновативната технология за добив – растенията.

Откритият никел, оцветяващ синьо-зеления сок от храста на ван дер Ент, е само един от металите, от които зависим. Никелът отдавна е ключова съставка в производството на неръждаема стомана. Той се използва и в много литиево-йонни батерии в електрически превозни средства, телефони и друга потребителска електроника.
Очаква се търсенето му да нарасне през следващото десетилетие, тъй като електрическите превозни средства стават все по-широко разпространени. Водеща консултантска агенция за ресурси прогнозира, че количеството никел, необходимо за използване в електрически превозни средства през 2025 г., ще бъде 256 000 тона, което е приблизително двойно по-голямо от търсенето през 2019 г. Други важни технологии, от вятърни турбини до магнити за лазери, също изискват смес от различни метални елементи.

Подобно на много други метали, никелът обикновено се получава чрез открит (кариерен) способ на експлоатация. Растителността се отстранява от земята и се използват експлозиви за разкриване на минералните жилки отдолу. Това е разрушителна практика.
Френската територия Нова Каледония в Тихия океан притежава едни от най-големите никелови залежи на Земята и се получава чрез такъв тип добив. Премахват се дърветата, тъй като забавят изтичането на водата от почвата, а замърсени потоци от мините се вливат в морето, убивайки риби и корали. Рудата често се изпраща за топене, при който процес се отделят токсични изпарения и планини от отпадъци.

Разбери повече за БГ Наука:

***

Не е изненадващо, че растенията съдържат известно количество метал. Корените им поемат минерали от почвата, които осигуряват елементи като желязо, цинк и други. Изненадващото е, че някои растения съдържат наистина огромни количества метал.
За пръв път това стана ясно през 1948 г., когато ботаникът Орнела Верняно откри растение, наречено Alyssum bertolonii в Тоскана, Италия. Този роднина на кейла и зелето съдържа 10 милиграма никел във всеки грам от изсушената му тъкан. Това е изумителните 2000 пъти повече отколкото в едно обикновено растение.
Оттогава са открити още стотици от тези така наречени хиперакумулаторни растения. Никой не знае защо го правят. Най-доброто ни предположение е, че това служи като защита срещу вредители, тъй като високите концентрации на метал правят растителната тъкан токсична.

Тези растения съвсем не растат навсякъде, защото е необходим специален вид почва, за да се доставят такива огромни количества метал. Още в ранните години на нашата планета, когато повърхността ѝ все още е била разтопена, е започнала тенденцията металите постепенно да потъват. Те се озовават в сегашната мантия, точно под кората. Това означава, че мантията е изградена от омекотена ултрамафична скала, която е с високо съдържание на желязо, магнезий и други метали.
В райони, където в древността е имало интензивна тектонска активност, тази ултрамафична скала е била изтласкана на повърхността, в резултат на което почвата там е богата на метали в днешно време. Именно в тези области се откриват растения-хиперакумулатори.

В продължение на десетилетия тези растения се разглеждаха като просто любопитни неща. След това през 1997 г. Руфъс Чейни, агроном от Министерството на земеделието на САЩ и колегите му демонстрираха, че могат да събират растения и да добиват богата на никел „био-руда“. Идеята за металообработване се ражда – но ще мине известно време, преди да получи сериозно внимание.

Един инцидент, който помогна да се привлече вниманието, беше откритието на ван дер Ент в Борнео. Оказа се, че сокът на растението съдържа солидното количество от 25% никел.
„Това е най-добрата кандидат-метална култура, която някога сме откривали“, казва той.
Първото нещо, което той направи, като откри това растение, беше да попита рейнджъра откъде е дошло. Не можеше да си спомни. Така че ван дер Ент предложи на местните хора награда, ако могат да му кажат, но пак без резултат.
Едва през 2015 г., няколко години след първоначалното откритие, той се натъкна на сноп растения, растящи на близкия хълм. Оттам той започва да експериментира със отглеждане на метал в растения, като екологична алтернатива на минното дело (наричан още агродобив или фитодобив на метали). Той дори кръсти храста си Phyllanthus rufuschaneyi в знак на почит към изобретателя на агротехниката.

Храстът Phyllanthus balgooyi пуска ярко оцветен сок, пълен с никел. Изображение: @TheSaberLion, Twitter

Ако отидете в щата Сабах в Борнео тези дни, можете да видите едно уникално нещо, което ван дер Ент нарича „първата ферма за тропически метали“. Там той и колегите му отглеждат този никел, обичащ дървесните храсти. Всяка година те пренасят растенията, стриват ги на каша и извличат метала.
През 2019 г. те отчитат добив от 250 килограма никел годишно – в момента на стойност почти 4000 долара – от всеки хектар земя.

Гийом Ечевария от университета в Лотарингия във Франция е дългогодишен сътрудник на ван дер Ент, който също искал да създаде свои собствени метални ферми. Phyllanthus rufuschaneyi не беше очевидният избор, тъй като се чувства у дома само в тропически условия.
Така че Ечевария и неговият екип създават поредица от агро устройства, най-вече на ултрамафична земя в Албания, които отглеждат различно растение-хиперакумулатор, наподобяващо зеле.
Местните фермери използват трактори за засяване и прибиране на реколтата. След това се балира и транспортира до Ечевария във Франция. Там растенията се изгарят, за да се получи богата на никел пепел, от която металът се извлича чрез химичен процес.
Въпреки че тези европейски ферми не могат да се мерят с добивите на тези в Борнео, екипът все пак получава до 200 килограма от метала на хектар реколта. Това количество никел струва около 3000 долара по днешни цени, което изглежда като устойчив бизнес.
За сравнение, британските фермери могат да продадат хектар пшеница за около едва 2100 долара.

Този тип производство на метали също така може да претендира за добри оценки, когато става въпрос за въглеродни емисии. Растенията абсорбират въглероден диоксид, докато растат. Изгарянето им го освобождава, както и тракторите, камионите и машините, използвани за засаждане, прибиране и транспортиране на културите. Въпреки това, в проекта на Ечевария, изгарянето на растенията се използва като източник на топлина за близките сгради и така целият процес в крайна сметка е въглеродно неутрален, според анализ на жизнения им цикъл, който той направи.
Тези ферми обаче са малки. Могат ли да осигурят мащабна алтернатива на минните добиви?
„Има много големи области по света, където може да се проведе агродобив на метали“, казва ван дер Ент. Само остров Сулавеси в Индонезия има над 15 000 квадратни километра ултрамафични почви, посочва той.

Излекуване на земята

Ечевария е предпазлив, тъй като голяма част от ултрамафичните скали на Земята се намират в защитени зони и горещи точки на биологичното разнообразие.
Ако агродобива се втурне към развъждането на растения-хиперакумулатори, заместващи естествената растителност, това може да бъде катастрофа за биологичното разнообразие.
Въпреки това той все още смята, че агродобива може да задоволи няколко процента от световните нужди от никел. Не би трябвало да се мръщим на това, като се има предвид с какви темпове се очаква търсенето на метала да скача в бъдеще.
„Моето разбиране за пазара на метали е, че всеки източник ще бъде важен“, казва Ечевария.
Засаждането на хиперакумулаторни растения може дори да излекува част от щетите, нанесени от копаенето на огромни кариери на места като Нова Каледония.
Растенията няма да намалят значително естественото съдържание на никел в почвите, но те биха могли да помогнат за повторното им възстановяване и стабилизиране.

Агродобива на метали също може да даде финансов тласък на земеделските производители в ултрамафичните райони, казва Анхелес Прието Фернандес, учен от Испанския национален изследователски съвет.
„Тези почви наистина са доста неподходящи за други селскостопански приложения,“ казва тя. „Това е начин да използвате земята, за да получите допълнителен доход от нея.“
Ечевария се съгласява, казвайки, че много ферми с такива почви в Гърция, Албания и България са изоставени.

Агродобива не е единственият начин да се измъкнем от неприятностите. Растенията и микроорганизмите понякога се използват за поглъщане на замърсители като тежки метали или химикали от почвата след природни бедствия. Дори се говори за използване на растения в борбата срещу covid-19.
Междувременно производителите на метали гледат отвъд никела. Открити са растения, които натрупват арсен, кобалт, манган, цинк и други редки земни елементи.
Отглеждането на такива редки елементи би било особено интересно, казва Фернандес. Те са от решаващо значение за всяка модерна технология и търсенето им се увеличава. „Наистина се нуждаем от тях, но е скъпо и трудно да ги получим“, казва тя. „Дори в мините те са в много ниски концентрации.“

Екип, ръководен от Мари-Одил Симоно, също от университета в Лотарингия, оценява папрат, наречена Dicranopteris dichotoma, която расте естествено върху купчини отпадъци в близост до мини за редки метали в китайската провинция Дзянси. Теренните проучвания показват, че е възможно да се събират около 300 килограма смесени редки земни елементи на хектар от тази култура, като сред тях са лантан, церий, празеодим и неодим.
Това може да е доходоносна операция: рудата празеодим достига около 49 000 долара за тон. Сега екипът оптимизира техниките за извличане на тези елементи и работи с учени в Китай за провеждане на полеви изпитания на стари минни обекти.

От своя страна и ван дер Ент е там и продължава да се занимава с това, което прави най-добре – с лова на растения.
Той и Ечевария смятат, че има много повече растения-хиперакумулатори, които чакат да бъдат открити – и има по-добър начин да ги намерят, отколкото да се надяват на случайни срещи в Борнео.
В наши дни те прекарват голяма част от времето си, обикаляйки световните хербарии с ръчен инструмент, наречен рентгенов флуоресцентен спектроскоп. Насочвайки го към проба от пресована растителна тъкан в каталог, той дава незабавно отчитане на съдържащите се в нея елементи.
Те откриха стотици нови хиперакумулаторни растения по този начин. Ако те могат да бъдат култивирани, тогава всички те ще дават сок, съдържащ метали.

Източник: New Scientist Magazine
Превод: Радослав Тодоров

Вземете (Доживотен) абонамент и Подарете един на училище по избор!