未来の要素をバイオマイニングする

ファイル20180124 72597 1twk9y1.png?ixlib = rb 1.1 ジョーイ・キバー/ Pixels, のCC BY-SA

バイオマイニングは、サイエンスフィクションによって約束された一種の技術です。鉱石、古い携帯電話、ハードドライブから金属を浸出させる微生物が詰まった広大なタンクです。

それは未来的に聞こえますが、現在世界の金の約5%を生産するために使われています。 世界の銅の20%。 ニッケル、亜鉛、コバルト、希土類元素の抽出にも使用されます。 しかし、おそらく最も魅力的な可能性は、携帯電話から再生可能エネルギー技術まですべてに欠かせない希土類元素を抽出することです。

メアリーキャスリーン鉱山は、クイーンズランド州北西部にある使い捨てのウラン鉱山で、希土類元素が推定で数十億豪ドル含まれています。 バイオマイニングはそれを出すための費用効果が高く環境に優しい選択を提供する。

バイオマイニングは非常に用途が広いので、他の惑星体でも使用できます。 バイオリーチング研究 国際宇宙ステーションでは、地球上の極端な環境からの微生物が、寒さ、熱、放射線および宇宙の真空にさらされると、岩石から多種多様な重要な鉱物や金属に浸出する可能性があることを示しています。

何人かの科学者は信じる 私たちはバイオマイニング技術の助けなしに他の惑星に植民地化することはできません。

それはどのように動作しますか?

気候 タンク内の微生物はあらゆる原料からミネラルを浸出させます。 太平洋岸北西部国立研究所の好意による。

バイオマイニングは、大型の密閉型撹拌槽型反応器(バイオリアクター)内で行われます。 これらの装置は一般に、水、微生物(細菌、古細菌、または真菌)、鉱石材料、および微生物のためのエネルギー源を含む。

必要なエネルギー源は仕事に必要な特定の微生物によります。 例えば、金と銅は、硫黄と鉄の酸化を介して無機資源からエネルギーを引き出すことができる微生物を使用して硫化鉱から生物学的に「浸出」されます。

しかしながら、希土類元素は、有機炭素源を必要とする微生物を用いて非硫化鉱石からバイオリーチングされる。これらの鉱石は使用可能なエネルギー源を含まないからである。 この場合、微生物が増殖するのを可能にするために糖が加えられる。

すべての生物は基本的な酵素反応を実行するために金属を必要とします。 人間は自分の食物中の微量濃度から自分の金属を得ます。 しかし、微生物は、環境中のミネラルからそれらを溶かすことによって金属を得ます。 彼らは有機酸と金属結合化合物を生産することによってこれを行います。 科学者たちは、溶液中の微生物を鉱石と混ぜ合わせ、金属が上に浮かぶときに金属を集めることによってこれらの特性を利用します。

最適な作業条件を提供するためには、温度、糖、タンクの攪拌速度、酸性度、二酸化炭素、酸素のレベルをすべて監視し、微調整する必要があります。

バイオマイニングの利点

伝統的な採掘方法は、過酷な化学物質、大量のエネルギーを必要とし、そして多くの汚染物質を生産します。 対照的に、バイオマイニングはエネルギーをほとんど使用せず、有機酸やガスなどの微生物副産物をほとんど生成しません。

それが安価で単純であるので、バイオマイニングは、さもなければ伝統的な方法を用いては不経済であるであろう低品位の金属源(鉱山尾鉱のような)を効果的に利用することができる。

フィンランド、チリ、ウガンダなどの国々では、バイオマイニングへの関心が高まっています。 ウガンダは銅鉱山尾鉱から10年以上にわたってコバルトを抽出してきたが、チリは銅の豊富な鉱石の大部分を使い果たし、現在バイオマイニングを利用している。

なぜ我々は希土類元素が必要なのですか?

希土類元素には、周期表の最下部近くに15ランタニドのグループがあり、さらにスカンジウムとイットリウムが含まれています。 それらはほぼすべての電子機器で広く使用されており、電気自動車や再生可能エネルギー産業によってますます求められています。

これらの元素の独特の原子特性は、それらを磁石および蛍光体として有用にしている。 これらは電気自動車、風力タービン、ハードディスクドライブ、医療機器の強力で軽量な磁石として、そしてエネルギー効率の高い照明や携帯電話、テレビ、ラップトップのLEDの蛍光体として使用されています。

それらの名前にもかかわらず、希土類元素は珍しくなく、そしていくつかは実際には地球の地殻に銅、ニッケルおよび鉛より豊富です。 しかしながら、鉱石を形成するこれらの一次金属(有用な物質を容易に抽出することができる天然に存在する鉱物または岩石)とは異なり、希土類元素は広く分散している。 したがって、経済的に実行可能であるために、それらは一般に鉄および銅のような一次金属と共に二次製品として採掘される。

世界の希土類元素の90%以上は、生産独占、貿易制限および違法採掘により価格が下落した中国からのものです。 劇的に変動する 長年にわたって。

気候 ほとんどの再生可能エネルギー技術は希土類金属に依存しています。 Pixabay

からの報告 米国エネルギー省, 欧州連合、 そしてその アメリカ諜報委員会 クリーンエネルギーへの重要性、高い供給リスク、および代替品の欠如に基づいて、いくつかの希土類元素を重要な材料として分類しています。

これらの報告書は、潜在的な緩和戦略としてバイオマイニングなどの代替的な採掘方法に関する研究開発を促進しています。

これらの電話に耳を傾け、研究所で カーティン、および バークリー 大学は、一般的な希土類元素含有鉱物を溶解するために微生物を使用してきました。 これらのパイロット規模の研究は有望な結果を示しており、抽出率は従来の採掘方法のそれに近づいている。

ほとんどの電子機器は、寿命が短くリサイクル効率が悪いことで知られているため、実験室は「都市型」バイオマイニングを試しています。 例えば、バイオリーチング研究は、 蛍光体粉末からの希土類元素の抽出 蛍光グローブの内張り、および以下のような電子廃棄物から希土類元素をリサイクルするための微生物の使用 ハードドライブマグネット.

希土類元素は私達の技術の未来にとって重要です。 バイオマイニングは、環境的に持続可能で経済的に実現可能な方法でこれらの貴重な資源を入手する方法を提供します。

著者について

Marcos Voutsinos、博士候補、地質微生物学、 メルボルン大学

この記事は、最初に公開された 会話。 読む 原著.

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