«Зеленые» технологии требуют грязной добычи редких металлов. Проблему решает папоротник, который научился их выращивать

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com
| Статья | Наука и космос

Технологии, которые принято называть «зелёными», скрывают грязный секрет. Ветряные турбины, аккумуляторы электромобилей, светодиоды, солнечные панели и вся электроника в вашем кармане — от смартфона до наушников — существуют благодаря редкоземельным элементам (РЗЭ). Это набор из 17 металлов, без которых невозможен современный технологический уклад. Парадокс в том, что добыча этих элементов — один из самых экологически разрушительных процессов на планете.

Традиционная добыча РЗЭ — это гигантские карьеры, тонны переработанной породы и использование агрессивных кислот для извлечения мизерных долей ценного металла. Результат — токсичные отвалы, загрязнение грунтовых вод и навсегда изуродованные ландшафты. Мы строим чистое будущее на фундаменте из экологической катастрофы.

Папоротник Blechnum orientale
Автор: by Lauren Gutierrez, CC BY-ND 2.0 Источник: www.flickr.com

А что, других методов нет совсем? А если вместо того, чтобы взрывать скалы и перерывать огромные объемы породы, мы могли бы эти металлы… выращивать? «Ну совсем бредятину стали писать» — отмахнетесь, а вот недавнее открытие китайских биологов говорит о том, что перспектива все же есть.

Что такое фитомайнинг?

Идея использовать растения для извлечения металлов из почвы, на самом деле, совсем не новая. Этот метод называют фитомайнингом. В его основе лежит способность некоторых уникальных видов, так называемых гипераккумуляторов, расти на почвах с экстремально высокой концентрацией тяжелых металлов и активно накапливать их в своих тканях.

Долгое время это было скорее лабораторным опытом и методом фиторемедиации — очистки загрязнённых земель. Растения впитывали токсичные элементы, после чего их можно было собрать и утилизировать, сделав почву безопаснее. Но извлечь из этой биомассы металл в чистом виде было слишком сложно и нерентабельно. Не хватало ключевого звена: понимания, как именно растение обращается с поглощённым металлом на клеточном уровне.

Прорыв в клетках папоротника

Это звено и обнаружила команда учёных, исследовавшая папоротник вида Blechnum orientale в Южном Китае. Было известно, что он способен накапливать РЗЭ, но никто не знал, в какой форме.

С помощью электронной микроскопии и спектрального анализа исследователи увидели, что папоротник не пассивно складирует ионы металлов, а запускает сложный биохимический процесс, в результате которого внутри его тканей — в клеточных стенках и межклеточном пространстве — формируются наноразмерные кристаллы монацита.

А вот монацит — это один из главных промышленных минералов, из которого РЗЭ добывают по всему миру. Получается, растение не просто впитывает элементы — оно выполняет работу обогатительной фабрики, самостоятельно создавая готовую рудную фракцию. Впервые в истории науки было задокументировано, как живой организм целенаправленно кристаллизует редкоземельные элементы.

Мадагаскарский монацит (минералогический музей, Бонн, Германия)
Автор: Ra'ike CC BY-SA 3.0 Источник: commons.wikimedia.org
Почему кристалл лучше, чем ион?

Это хорошо по двум причинам.

  1. Концентрация и форма. Одно дело — иметь металлы, рассеянные в виде ионов по всей биомассе растения. Извлечь их оттуда — всё равно что пытаться собрать рассыпанную соль с ковра. Совсем другое — когда металл сконцентрирован в виде твёрдых нанокристаллов. Это уже не загрязнение, а готовый продукт. Теоретически, его можно переработать гораздо эффективнее, отделив кристаллы от органики.
  2. Биологический механизм. Растение делает это не случайно. Обнаруженная структура кристаллов, которую авторы описывают как микроскопический «химический сад», указывает на сложный, самоорганизующийся процесс. Это значит, что у папоротника есть генетическая и биохимическая программа для управления РЗЭ. Если мы сможем расшифровать этот механизм, мы потенциально сможем его воспроизвести или даже улучшить с помощью генной инженерии, создав растения, работающие как высокоэффективные биологические насосы для конкретных металлов.
От лаборатории до промышленных полей: реалистичный взгляд

Конечно, завтра мы не начнём засевать поля «металлическими» папоротниками. Путь от научного открытия до работающей технологии долог и полон препятствий. Главные вопросы — скорость и масштаб. Сколько времени нужно растению, чтобы накопить экономически значимое количество РЗЭ? Какова будет урожайность с гектара? Можно ли адаптировать этот механизм к другим, более быстрорастущим культурам?

Ответов на эти вопросы пока нет. Но, как минимум, у нас есть доказательство принципиальной возможности. Природа уже обладает технологиями, которые мы только пытаемся изобрести. Наша задача — понять и научиться применять то, что оттачивалось эволюцией миллионы лет.

Так что будем надеяться, что в будущем добыча полезных ископаемых сможет перейти из сферы геологии в сферу биотехнологий. И вместо грохота экскаваторов мы услышим шелест листьев на полях, которые тихо и методично выращивают сырьё для нашего цифрового мира.

Источник: Environmental Science & Technology

Изображение в превью:
Автор: by Lauren Gutierrez, CC BY-ND 2.0
Источник: www.flickr.com

1 комментарий

Chiffa
Даже если оно в какой-то степени и вытягивает редкоземы из почвы — а что дальше? Ну посадил, ну вытащил этот папоротник… насколько глубоко корни по проникают? Соберет такой папоротник с поверхности — и все.

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Почему картину Перова «Сельский крестный ход на Пасхе» запрещали на 40 лет

Картина Василия Григорьевича Перова (1833-1882) «Сельский крестный ход на Пасхе», написанная в 1861 году, стала одной из самых противоречивых работ русского реализма XIX века. В ней художник...

Обзор часов, которые всматриваются в тебя: CIGA Design продолжает свою культовую коллекцию «Черной дырой»

Бренд CIGA Design в свое время громко заявил о себе так называемой серией «U», в которой ключевой моделью стала Blue Planet с оригинальной концепцией и нестандартной индикацией времени. Часы...

Как сфотографировать нейтрино в 3D: физики впервые засняли треки частиц на оптическую камеру

Чтобы поймать нейтрино — частицу, способную пролететь сквозь свинцовую стену толщиной с Землю и ни за что не зацепиться — физикам нужны гигантские мишени. Речь идет о...

Утконос оказался еще страннее: почему на микроуровне его шерсть устроена как перья птиц

Утконос всегда занимал особое место в зоологии. С момента его описания в конце восемнадцатого века этот вид заставлял ученых пересматривать устоявшиеся правила классификации животных. Утконос...

Обзор SMSL PS200 Pro: грамотно звучащий ЦАП на актуальном железе

SMSL PS200 Pro — это недорогой современный ЦАП на актуальном железе. Технически он повторяет уже рассмотренный нами DO100 Pro, но скромнее по габаритам, легче и, что немаловажно, гораздо...

Игровой ноутбук Honor Win H9: что не так в шести вентиляторах и технологии «антиукачивания»

Компания Honor уже представила игровой ноутбук Win H9. В топовой версии новинка получила один из самых мощных процессоров в своем классе, но основной акцент при анонсе был сделал совсем на другом.