Как растения вдохновляют новые способы извлечения ценных ресурсов из сточных вод

Ученые из Австралийского национального университета (ANU) черпают вдохновение у растений для разработки новых методов разделения и извлечения ценных минералов, металлов и питательных веществ из богатых ресурсами сточных вод.

Исследователи адаптируют «мембранные механизмы разделения» растений для внедрения в новые технологии переработки сточных вод. Этот подход предлагает устойчивое решение для управления ресурсами, необходимыми для продовольственной, энергетической и водной безопасности мира, позволяя собирать, перерабатывать и повторно использовать ценные металлы, минералы и питательные вещества из жидких отходов.

Технология может быть полезна для сельского хозяйства, аквакультуры, опреснения, переработки аккумуляторов и горнодобывающей промышленности. Она также может помочь компаниям переосмыслить подход к отходам, создав способ извлечения ценности из сточных вод. Исследование также актуально для районов Австралии, подверженных наводнениям и засухам.

По оценкам, глобальные сточные воды содержат 3 миллиона метрических тонн фосфора, 16,6 миллиона метрических тонн азота и 6,3 миллиона метрических тонн калия. Извлечение этих питательных веществ из сточных вод могло бы покрыть 13,4% мировой сельскохозяйственной потребности в них.

Молекулы аммиака и водорода, среди прочих, содержащиеся в сточных водах, могли бы обеспечить электроэнергией 158 миллионов домохозяйств.

«Сточные воды мира содержат смесь невероятно ценных ресурсов, но только в чистом виде. Главная задача исследователей — выяснить, как эффективно извлекать эти ценные минералы, металлы и питательные вещества, сохраняя их чистоту», — говорит доцент Кейтлин Бирт, специалист по растениям из ANU.

«Например, австралийская горнодобывающая промышленность ежегодно создает более 500 миллионов тонн отходов, богатых такими ресурсами, как медь, литий и железо. Но сейчас жидкие отходы — это просто проблема: их нельзя сбросить и нельзя использовать. Это просто отходы, если каждый ресурс нельзя отделить в чистом виде».

«Это особенно актуально в сфере переработки аккумуляторов: в старых батареях есть огромный, богатый источник лития, но мы пока не можем эффективно извлечь или повторно использовать его. Сбор ресурсов из промышленных и городских отходов — ключевой шаг к переходу на циркулярную зеленую экономику, построению устойчивого будущего и сокращению нашего углеродного следа».

Ученые изучили специализированные молекулярные механизмы, которые помогают растениям распознавать и разделять различные молекулы металлов, минералов и питательных веществ в почве, позволяя отделять полезное от вредного. Этот биологический процесс необходим для их роста и развития.

«Такие ресурсы, как бор, железо, литий и фосфор, используются в аккумуляторных технологиях, а растения — мастера по разделению этих видов ресурсов», — отмечает доцент Бирт.

Аммиак — соединение, используемое для производства удобрений и важный материал в растениеводстве, — еще один ключевой ресурс, который ученые стремятся извлечь из жидких отходов.

«Цены на удобрения взлетают до небес, что оказывает огромное давление на австралийских фермеров, которые должны позволить себе эти более высокие цены. И при этом мы выбрасываем огромные доли этих молекул, что вызывает экологические проблемы», — говорит доцент Бирт.

«Аммиак также является критически важной молекулой для хранения водородного топлива. Поэтому по мере развития водородной топливной промышленности будет расти спрос на аммиак для использования в качестве молекулы-накопителя. Именно так водородная топливная отрасль сможет транспортировать хранимый водород и в конечном итоге использовать его в качестве потенциального источника топлива для автомобилей и других технологий».

По словам доцента Бирт, прогресс в технологиях точного разделения также может обеспечить безопасность сообществ в районах, подверженных наводнениям и засухам, предоставив им портативный, безопасный и надежный доступ к чистой питьевой воде в условиях учащения экстремальных погодных явлений из-за изменения климата.

«Чистая вода и безопасность ресурсов питательных веществ лежат в основе сельскохозяйственной продуктивности. Разработка технологий для устойчивого управления этими ресурсами необходима для продовольственной безопасности в Австралии и во всем мире», — заключает она.

Исследование опубликовано в журнале New Phytologist.