Joey Kyber / Pixels, CC BY-SA 

Biomining là loại kỹ thuật được hứa hẹn bởi khoa học viễn tưởng: một bể chứa đầy vi sinh vật lọc kim loại từ quặng, điện thoại di động cũ và ổ cứng.

Nghe có vẻ tương lai, nhưng hiện tại nó được sử dụng để sản xuất khoảng 5% vàng của thế giới và 20% đồng của thế giới. Nó cũng được sử dụng ở mức độ thấp hơn để chiết xuất các nguyên tố niken, kẽm, coban và đất hiếm. Nhưng có lẽ tiềm năng thú vị nhất của nó là trích xuất các nguyên tố đất hiếm, vốn rất quan trọng trong mọi thứ, từ điện thoại di động đến công nghệ năng lượng tái tạo.

Mỏ Mary Kathleen, một mỏ uranium cạn kiệt ở phía tây bắc Queensland, chứa khoảng 1 tỷ đô la Úc trong các nguyên tố đất hiếm. Biomining cung cấp một lựa chọn hiệu quả về chi phí và thân thiện với môi trường để đưa nó ra ngoài.

Biomining rất linh hoạt đến mức nó có thể được sử dụng trên các cơ thể hành tinh khác. Nghiên cứu sinh học trên trạm vũ trụ quốc tế đã cho thấy các vi sinh vật từ môi trường khắc nghiệt trên Trái đất có thể lọc rất nhiều khoáng chất và kim loại quan trọng từ đá khi tiếp xúc với lạnh, nóng, bức xạ và chân không của không gian.

Một số nhà khoa học thậm chí tin rằng chúng ta không thể xâm chiếm các hành tinh khác mà không có sự trợ giúp của các công nghệ sinh học.

Học như thế nào?

Vi sinh vật trong bể lọc lọc các khoáng chất từ ​​bất kỳ nguồn nguyên liệu nào. Lịch sự của Phòng thí nghiệm quốc gia Tây Bắc Thái Bình Dương.

Biomining diễn ra trong các lò phản ứng lớn, kín, khuấy (bể phản ứng sinh học). Những thiết bị này thường chứa nước, vi sinh vật (vi khuẩn, vi khuẩn cổ hoặc nấm), vật liệu quặng và nguồn năng lượng cho vi khuẩn.

Nguồn năng lượng cần thiết phụ thuộc vào vi khuẩn cụ thể cần thiết cho công việc. Ví dụ, vàng và đồng được lọc sinh học từ quặng sunfua sử dụng các vi sinh vật có thể lấy năng lượng từ các nguồn vô cơ, thông qua quá trình oxy hóa lưu huỳnh và sắt.

Tuy nhiên, các nguyên tố đất hiếm được lọc sinh học từ quặng không sunfua sử dụng các vi sinh vật cần nguồn carbon hữu cơ, bởi vì các quặng này không chứa nguồn năng lượng có thể sử dụng. Trong trường hợp này, đường được thêm vào để cho phép các vi khuẩn phát triển.

Tất cả các sinh vật sống cần kim loại để thực hiện các phản ứng enzyme cơ bản. Con người có được kim loại từ nồng độ vi lượng trong thức ăn. Tuy nhiên, vi khuẩn thu được kim loại bằng cách hòa tan chúng từ các khoáng chất trong môi trường của chúng. Họ làm điều này bằng cách sản xuất axit hữu cơ và các hợp chất liên kết kim loại. Các nhà khoa học khai thác những đặc điểm này bằng cách trộn các vi khuẩn trong dung dịch với quặng và thu thập kim loại khi nó nổi lên trên cùng.

Nhiệt độ, đường, tốc độ khuấy của bể, nồng độ axit, carbon dioxide và oxy đều cần được theo dõi và tinh chỉnh để cung cấp điều kiện làm việc tối ưu

Lợi ích của sinh học

Phương pháp khai thác truyền thống đòi hỏi hóa chất khắc nghiệt, nhiều năng lượng và tạo ra nhiều chất ô nhiễm. Ngược lại, sinh học sử dụng ít năng lượng và tạo ra một số sản phẩm phụ vi sinh như axit hữu cơ và khí.

Bởi vì nó rẻ và đơn giản, sinh học có thể khai thác hiệu quả các nguồn kim loại cấp thấp (như chất thải của mỏ) mà nếu không sử dụng các phương pháp truyền thống sẽ không kinh tế.

Các quốc gia đang ngày càng chuyển sang ngành sinh học như Phần Lan, Chile và Uganda. Chile đã cạn kiệt phần lớn quặng giàu đồng của mình và hiện đang sử dụng công nghệ sinh học, trong khi đó, Uganda đã khai thác coban từ các mỏ quặng đồng trong hơn một thập kỷ.

Tại sao chúng ta cần các nguyên tố đất hiếm?

Các nguyên tố đất hiếm bao gồm nhóm lanthanides 15 ở gần cuối bảng tuần hoàn, cộng với scandium và yttri. Chúng được sử dụng rộng rãi trong tất cả các thiết bị điện tử và ngày càng được tìm kiếm bởi các ngành công nghiệp điện và năng lượng tái tạo.

Các tính chất nguyên tử độc đáo của các nguyên tố này làm cho chúng hữu ích như nam châm và phốt pho. Chúng được sử dụng như nam châm siêu nhẹ mạnh mẽ trong xe điện, tua-bin gió, ổ đĩa cứng, thiết bị y tế và làm phốt-pho trong chiếu sáng hiệu quả năng lượng và trong đèn LED của điện thoại di động, TV và máy tính xách tay.

Mặc dù tên của chúng, các nguyên tố đất hiếm không phải là hiếm và thực tế một số còn phong phú hơn đồng, niken và chì trong vỏ Trái đất. Tuy nhiên, không giống như các kim loại chính này tạo thành quặng (một khoáng chất hoặc đá tự nhiên mà từ đó một chất hữu ích có thể dễ dàng được chiết xuất), các nguyên tố đất hiếm được phân tán rộng rãi. Do đó, để khả thi về mặt kinh tế, chúng thường được khai thác như các sản phẩm thứ cấp bên cạnh các kim loại chính như sắt và đồng.

Hơn 90% các nguyên tố đất hiếm trên thế giới đến từ Trung Quốc nơi độc quyền sản xuất, hạn chế thương mại và khai thác bất hợp pháp đã khiến giá cả tăng dao động mạnh qua nhiều năm.

Hầu hết các công nghệ năng lượng tái tạo phụ thuộc vào kim loại đất hiếm. Pixabay

Báo cáo từ Bộ năng lượng Hoa Kỳ, Liên minh châu Âu, và Ủy ban tình báo Hoa Kỳ đã coi một số nguyên tố đất hiếm là nguyên liệu quan trọng, dựa trên tầm quan trọng của chúng đối với năng lượng sạch, rủi ro cung cấp cao và thiếu chất thay thế.

Các báo cáo này khuyến khích nghiên cứu và phát triển các phương pháp khai thác thay thế như sinh khối như một chiến lược giảm thiểu tiềm năng.

Thực hiện các cuộc gọi này, các phòng thí nghiệm tại Curtinvà Berkeley Các trường đại học đã sử dụng các vi sinh vật để hòa tan các khoáng chất chứa nguyên tố đất hiếm phổ biến. Các nghiên cứu quy mô thí điểm đã cho thấy kết quả đầy hứa hẹn, với tỷ lệ khai thác ngày càng gần với các phương pháp khai thác thông thường.

Bởi vì hầu hết các thiết bị điện tử có tuổi thọ ngắn và khả năng tái chế kém, các phòng thí nghiệm đang thử nghiệm với công nghệ sinh học của đô thị. Ví dụ, nghiên cứu sinh học đã thấy thành công trong chiết xuất các nguyên tố đất hiếm từ bột phốt pho lót các quả cầu huỳnh quang và sử dụng các vi sinh vật để tái chế các nguyên tố đất hiếm từ chất thải điện tử như nam châm ổ cứng.

Các yếu tố đất hiếm rất quan trọng cho tương lai của công nghệ của chúng tôi. Biomining cung cấp một cách để có được các tài nguyên có giá trị này theo cách vừa bền vững về môi trường và khả thi về kinh tế.

Giới thiệu về Tác giả

Marcos Voutsinos, ứng cử viên tiến sĩ, địa mạo học, University of Melbourne

Bài viết này ban đầu được xuất bản vào Conversation. Đọc ban đầu bài viết.

Sách liên quan

Tài chính và đầu tư thích ứng khí hậu ở California

bởi Jesse M. Keenan
Cuốn sách này phục vụ như một hướng dẫn cho chính quyền địa phương và các doanh nghiệp tư nhân khi họ điều hướng các vùng nước không thông minh đầu tư vào thích ứng và khả năng phục hồi của biến đổi khí hậu. Cuốn sách này không chỉ phục vụ như một hướng dẫn tài nguyên để xác định các nguồn tài trợ tiềm năng mà còn là lộ trình quản lý tài sản và quy trình tài chính công. Nó nhấn mạnh sự phối hợp thực tế giữa các cơ chế tài trợ, cũng như các xung đột có thể phát sinh giữa các lợi ích và chiến lược khác nhau. Mặc dù trọng tâm chính của công việc này là ở Bang California, cuốn sách này cung cấp những hiểu biết sâu rộng hơn về cách các tiểu bang, chính quyền địa phương và doanh nghiệp tư nhân có thể thực hiện những bước đầu tiên quan trọng trong đầu tư vào thích ứng tập thể của xã hội với biến đổi khí hậu. Có sẵn trên Amazon

Các giải pháp dựa trên thiên nhiên để thích ứng với biến đổi khí hậu ở các khu vực đô thị: Mối liên kết giữa Khoa học, Chính sách và Thực tiễn

bởi Nadja Kabisch, Horst Korn, Jutta Stadler, Aletta Bon
Cuốn sách truy cập mở này tập hợp các kết quả nghiên cứu và kinh nghiệm từ khoa học, chính sách và thực tiễn để làm nổi bật và tranh luận về tầm quan trọng của các giải pháp dựa vào thiên nhiên đối với việc thích ứng với biến đổi khí hậu ở các khu vực đô thị. Người ta nhấn mạnh đến tiềm năng của các phương pháp tiếp cận dựa vào thiên nhiên để tạo ra nhiều lợi ích cho xã hội.

Các đóng góp của chuyên gia đưa ra các khuyến nghị nhằm tạo ra sự hiệp đồng giữa các quá trình chính sách đang thực hiện, các chương trình khoa học và việc triển khai thực tế về biến đổi khí hậu và các biện pháp bảo tồn thiên nhiên tại các khu vực đô thị toàn cầu. Có sẵn trên Amazon

Cách tiếp cận quan trọng để thích ứng với biến đổi khí hậu: Các diễn ngôn, chính sách và thực tiễn

bởi Silja Klepp, Libertad Chavez-Rodriguez
Tập chỉnh sửa này tập hợp các nghiên cứu quan trọng về các diễn ngôn, chính sách và thực tiễn thích ứng với biến đổi khí hậu từ góc độ đa ngành. Dựa trên các ví dụ từ các quốc gia bao gồm Colombia, Mexico, Canada, Đức, Nga, Tanzania, Indonesia và Quần đảo Thái Bình Dương, các chương mô tả cách các biện pháp thích ứng được diễn giải, chuyển đổi và thực hiện ở cấp cơ sở và cách các biện pháp này thay đổi hoặc can thiệp quan hệ quyền lực, số nhiều pháp lý và kiến ​​thức địa phương (sinh thái). Nhìn chung, cuốn sách thách thức các quan điểm về thích ứng biến đổi khí hậu bằng cách tính đến các vấn đề đa dạng văn hóa, công bằng môi trường và nhân quyền, cũng như các phương pháp tiếp cận nữ quyền hoặc giao thoa. Cách tiếp cận sáng tạo này cho phép phân tích các cấu hình mới về kiến ​​thức và sức mạnh đang phát triển nhân danh thích ứng biến đổi khí hậu. Có sẵn trên Amazon

Từ Nhà xuất bản:
Mua hàng trên Amazon để giảm chi phí mang lại cho bạn InsideSelf.comelf.com, MightyNatural.com, và ClimateImpactNews.com miễn phí và không có nhà quảng cáo theo dõi thói quen duyệt web của bạn. Ngay cả khi bạn nhấp vào một liên kết nhưng không mua các sản phẩm được chọn này, bất kỳ thứ gì khác bạn mua trong cùng một lượt truy cập trên Amazon đều trả cho chúng tôi một khoản hoa hồng nhỏ. Không có chi phí bổ sung cho bạn, vì vậy hãy đóng góp cho nỗ lực. Bạn cũng có thể sử dụng liên kết này sử dụng cho Amazon bất cứ lúc nào để bạn có thể giúp hỗ trợ những nỗ lực của chúng tôi.