Inženýrské mikroby vytahují kritické minerály z těžebního odpadu

Seznamte se s mikroby, které munch hory těžebního odpadu

Podle Vanessa Bates Ramirez editoval Sarah Lewin Frasier

Na severním okraji pouště Chile’s Atacama sedí hromada hornin, která je tak velká, že můžete vidět to z vesmíru– a to se hemží neviditelnou činností. Miliardy mikrobů tvrdě pracují na rozpuštění sloučenin v tomto obří kopci drcené rudy z Escondidy, největšího měděného dolu na planetě.

„Mikroby jsou nejstaršími horníky na světě,“ říká Liz Dennett, zakladatelka a generální ředitelka Start-up Endolitová těžbaZaložení poblíž Denveru, Colo.

Vědci v Endolitu a jinde jsou inženýrskými mikroby, aby se v tomto procesu ještě zlepšili, nazývané biomining – pracovat rychleji, extrahovat více mědi a dokonce vytáhnout jiné druhy minerálů. Endolitové testuje různé mikroby, aby zjistily, které jsou pro tuto práci nejvhodnější, a poté je vystaví tvrdým podmínkám, aby je dále posílily. „Myslete na to jako na superhrdinový tréninkový tábor,“ říká Dennett. V květnu Inženýrské mikroby společnosti prokázaná extrakce mědi lepší než mikroby nalezené v přírodě; Jeho první nasazení v terénu je naplánováno na koncem tohoto roku.

O podpoře vědecké žurnalistiky

Pokud se vám tento článek líbí, zvažte podporu naší oceněné žurnalistiky předplatné. Zakoupením předplatného pomáháte zajistit budoucnost působivých příběhů o objevech a myšlenkách, které dnes formují náš svět.

Biomining, pokud může být zvětšen, by mohlo umožnit snížit spoléhání se na globální dodavatelské řetězce, které se stávají stále křehčí. „Pokud dokážeme fungovat biomining, můžeme zlomit monopol, který mají státy jako Čína.“ kritické kovy“Říká Ice Barstowbiologický a environmentální inženýr na Cornell University. Barstow vede projekt s názvem Mikrob-minerální atlas To katalogy mikroorganismy, jejich geny a to, jak interagují s minerály. Cílem projektu je budovat geneticky upravené mikroorganismy, které mohou účinně těžit kritické kovy.

Protože mnoho zemí přechází na obnovitelné zdroje energie, budou vyžadovat méně fosilních paliv, ale více minerálů, jako je lithium, kobalt, měď, nikl a zinek. Ty nejsou potřebné pouze pro větrné turbíny, solární panely a baterie; Jsou také zásadní pro notebooky a mobilní telefony, které používáme každý den. Zejména poptávka po mědi je připravena na stoupání. Prognózy ukazují, že budeme potřebovat více mědi v příštích 30 letech než bylo těženo v celé historii. Hodně z nízko visícího ovoce-to je, vysoce kvalitní ruda-byl vybránA doly musí pracovat mnohem těžší než dříve, aby získaly stejné množství.

Konvenční těžební techniky jsou pro životní prostředí náročné, drahé a škodlivé. Po použití výbušnin a těžkých strojů k extrahování rudy ze Země musí těžební společnosti izolovat a očistit dotyčné minerály. To často znamená lámat chemické vazby, které udržují minerály vázané na síru v sulfidových rudách. To se nejčastěji provádí pomocí tepla procesem zvaným tavením nebo kyselinou prostřednictvím procesu zvaného vyluhování. Terteting vyžaduje extrémně vysoké teploty, dosaženo spalováním fosilních paliv nebo s použitím velkého množství elektřiny. Na vrcholu emisí oxidu uhličitého to generuje, pálení síry produkuje toxický plyn oxid siřičitý. Vyluhování kyseliny mezitím nese riziko odtoku kyseliny, kde tekutiny kontaminuje řeky nebo podzemní voda a poškozují okolní ekosystém. Kyselina sírová používaná pro tento proces může způsobit poškození ještě před dosažením dolů. „Produkce kyseliny sírové je velmi ošklivá,“ říká Dennett. „Existuje mnoho sekundárních a terciárních účinků na životní prostředí.“

Mikroby mohou vykonávat stejnou práci jako teplo a kyselina, ale jejich náklady a dopad na životní prostředí jsou mnohem nižší. „Mikroby používají pro biominizaci nejméně šest různých mechanismů,“ říká Barstow. Nejběžnější je oxidační redukční reakce nebo redoxní reakce, ve které mikroby narušují chemické vazby v sulfidové rudě „jíst“ jejich síru a železo. To uvolní minerály v rudě a rozbije je, dokud se nebudou moci rozpustit ve vodě. Roztok bohatý na minerály se shromažďuje v rybníku poté, co je vypuštěn ze skály a je poté vystaven rozpouštědlům a elektřině, které přitahují minerály jako magnet při ponechání vody, kyseliny a nečistot.

Mikroby stále potřebují malé množství kyseliny sírové, aby zahájily proces rozbíjení rudy. Hromady horniny, jako je například ten v dole Chile Escondida-zvětšené výluhy haldy-jsou nastříkány směsí kyseliny vody, kterou je třeba přidat pouze jednou, protože mikroby přirozeně přirozeně kyselinou při rozbití chemických vazeb rudy. „Výměna (většina) kyseliny sírové je velkým ekonomickým přínosem, protože to může být často největším provozním nákladem pro důl,“ říká Sasha Milshteyn, zakladatelka Biomining přechoduSpolečnost, která analyzuje DNA mikrobů nalezených v rudách pro vývoj vlastních aditiv pro zvýšené regeneraci mědi.

Ačkoli se tento proces vyhýbá toxickým emisím plynu, používá méně energie a vody než konvenční metody a minimalizuje nebezpečné chemikálie, má svá omezení. Je to pomalejší než tradiční těžba: Zatímco tavení může trvat hodiny na dny a kyselé vyluhování trvá několik týdnů, mikroby vykonávají svou práci po několik měsíců. Jsou citlivé na pH, teplotu a hladinu vlhkosti a mohou být zabit nebo zpomalit změnami v jakémkoli z nich. A stále produkují kyselé roztoky, které je třeba obsahovat a ošetřit. Jak uvádí Barstow, „Biomining nebude environmentální všelék; bude to jen o něco lepší než to, co teď děláme.“

Skutečným příslibem biominingu je, že může vytlačit více ze skal než konvenční metody. „Moderní těžební technologie„ odstředí krém “ekonomicky cenných kovů z vkladu a nechává všechno ostatní v (odpadních roccích),“ říká Barstow.

Tento odpad má hodnotu mnohem více, než obvykle získá kredit. Studie nedávno Publikováno v Věda zjistili, že obnovení minerálů v odpadu ze stávajících amerických dolů by mohlo uspokojit téměř všechny kritické potřeby minerálů v zemi; Obnovení pouze 1 procenta by podstatně snížilo spoléhání dovozu pro mnoho prvků. „Pokud by velké doly právě přidaly do svého procesu další obvody pro zotavení, mohlo by to přinést potřebné minerály do výroby relativně rychle,“ říká vedoucí autor studie Elizabeth HolleyTěžební inženýr na Colorado School of Mines.

Měděný důl odpad může držet kousky telurium, kobaltu nebo zinku; Uhelný popel může obsahovat lithium, mangan a prvky vzácných zemin. Množství je příliš malá na to, aby se s nimi obtěžovaly konvenční doly, ale nejsou příliš malé na mikroby. Kromě toho, že se používají při výluhu haldy nebo čerpány přímo do země, mohou být mikroby naneseny přímo na odpadní proudy, kde mohou vytáhnout malé množství minerálů, které mohou přispět k významnému.

Mikroby mohou být nejstaršími horníky na světě, ale biomining jako technologie je stále nový, Milshteyn poznamenává a zatím nevyužije plnou složitost mikrobiálních ekosystémů. „Hromady, které fungují nejlépe v terénu, mají prosperující ekosystémy různých mikrobů, které pracují společně,“ říká. „Myslím, že příští generace Biomining se musí s touto složitostí potýkat.“