Бактерии, разрушающие горы: Биовыщелачивание для добычи руды с меньшим загрязнением

Как разрушить километры породы, чтобы добыть содержащиеся в ней металлы? Нужно мыслить мелко. На уровне бактерий.

Если у вас есть большая скала с небольшим количеством металла внутри, как его извлечь?

Чаще всего породу дробят и погружают в сильную кислоту, пока всё не растворится, а затем извлекают металл.

Но что, если эта большая скала размером в тысячи километров? Понадобится очень много кислоты. Не говоря уже о потенциальном вреде для окружающей среды.

А что, если можно заставить кого-то производить кислоту прямо на месте, не нанося ущерба экологии? Например, работника... который работает за воду.

Самый маленький сотрудник

Биовыщелачивание использует бактерии, которые производят собственные органические кислоты для разрушения минералов. Питаясь, бактерии высвобождают редкоземельные металлы, которые вымываются водой, пропускаемой через породу.

Поскольку ценные металлы содержатся в сточных водах, система биовыщелачивания является замкнутой, что означает меньшее загрязнение по сравнению с традиционными методами.

Профессор Элизабет Уоткин — исследователь в области молекулярной микробной экологии в Университете Кёртина. Она изучает, как мельчайшие организмы, такие как бактерии, вирусы и грибы, взаимодействуют с окружающей средой.

«Мы изучали фосфатную редкоземельную руду монацит. Она критически важна для современного общества, поскольку содержит церий и лантан», — говорит Элизабет.

Фосфат — это богатый кислородом минерал, содержащийся во многих продуктах питания.

Сплавы лантана и церий используются в осветительных приборах, батареях и медицине. Эти редкоземельные металлы заключены внутри пород, окружённые молекулами фосфата, которыми и питаются бактерии.

«Эти организмы уже широко используются в сельском хозяйстве для высвобождения фосфата в почве и стимулирования роста растений. Мы применяем эти сельскохозяйственные знания к данным минералам», — говорит Элизабет.

«Мы на самом деле одна из первых групп, изучающих биовыщелачивание редкоземельных элементов. Ещё этим занимается группа из UC Berkley в США. Мы доказали, что метод работает, и теперь обращаемся к инженерам, чтобы попытаться внедрить его в горнодобывающие операции».

Бактерии на кислоте

Хотя биовыщелачивание редкоземельных металлов — новое направление, этот метод уже используется для добычи меди в Западной Австралии и по всему миру.

Эти биореакторные кучи — гигантские живые реакторы, разрушающие породу для получения энергии. Они могут достигать тысяч километров в поперечнике.

Вода капельно фильтруется через породу, позволяя бактериям расти и собирая металлы в сточных водах.

Один из местных видов, используемых для биовыщелачивания, был обнаружен в старом угольном карьере в Колли, Западная Австралия.

Хотя кислая, токсичная среда не кажется уютным домом, для Alicyclobacillus acidocaldarius это был шведский стол «всё включено».

Эти бактерии эволюционировали, чтобы использовать эти элементы в своём метаболизме — подобно микробам, поедающим минералы, которых находят вокруг гидротермальных источников на дне океана.

«В этой области мы работаем с железо- и сероокисляющими бактериями», — говорит Элизабет.

«Когда железо и сера окисляются, они высвобождают электроны, которые бактерии используют для производства АТФ [энергии]».

В дикой природе эти бактерии вредны, выделяя свою кислоту в близлежащие водные системы. Но в контролируемых условиях они могут оказаться более экологически безопасными, чем искусственные кислоты, работу которых они выполняют.