Joey Kyber / Pixels, CC BY-SA
Biomining is het soort techniek beloofd door science fiction: een enorme tank vol met micro-organismen die metaal uit erts, oude mobiele telefoons en harde schijven uitlogen.
Het klinkt futuristisch, maar het wordt momenteel gebruikt om ongeveer 5% van 's werelds goud en 20% van 's werelds koper. Het wordt ook in mindere mate gebruikt om nikkel-, zink-, kobalt- en zeldzame aarde-elementen te extraheren. Maar misschien is het meest opwindende potentieel het winnen van zeldzame aardelementen, die cruciaal zijn in alles, van mobiele telefoons tot duurzame energietechnologie.
De Mary Kathleen-mijn, een uitgeputte uraniummijn in het noordwesten van Queensland, bevat naar schatting A $ 4 miljard zeldzame-aarde-elementen. Biomining biedt een kosteneffectieve en milieuvriendelijke optie om het eruit te halen.
Biomining is zo veelzijdig dat het op andere planetaire lichamen kan worden gebruikt. Bioleaching-onderzoeken op het internationale ruimtestation hebben aangetoond dat micro-organismen uit extreme omgevingen op aarde een grote verscheidenheid aan belangrijke mineralen en metalen uit rotsen kunnen uitlogen wanneer ze worden blootgesteld aan de kou, hitte, straling en vacuüm van de ruimte.
Sommige wetenschappers geloven zelfs we kunnen andere planeten niet koloniseren zonder de hulp van biominingtechnologieën.
Hoe werkt het?
Micro-organismen in tanks logen de mineralen uit elk bronmateriaal. Met dank aan Pacific Northwest National Laboratory.
Biomining vindt plaats in grote, gesloten geroote tankreactoren (bioreactoren). Deze apparaten bevatten meestal water, micro-organismen (bacteriën, archaea of schimmels), ertsmateriaal en een bron van energie voor de microben.
De benodigde energiebron is afhankelijk van de specifieke microbe die nodig is voor de taak. Goud en koper worden bijvoorbeeld biologisch "uitgeloogd" uit sulfidische ertsen met behulp van micro-organismen die energie kunnen afleiden uit anorganische bronnen, via de oxidatie van zwavel en ijzer.
Zeldzame aarde-elementen worden echter gebiologeerd uit niet-sulfidische ertsen met behulp van micro-organismen die een organische koolstofbron vereisen, omdat deze ertsen geen bruikbare energiebron bevatten. In dit geval worden suikers toegevoegd om de microben te laten groeien.
Alle levende organismen hebben metalen nodig om basische enzymreacties uit te voeren. Mensen halen hun metalen uit de sporenconcentraties in hun voedsel. Microben verkrijgen echter metalen door ze op te lossen van de mineralen in hun omgeving. Ze doen dit door organische zuren en metaalbindende verbindingen te produceren. Wetenschappers gebruiken deze eigenschappen door microben in oplossing met ertsen te mengen en het metaal te verzamelen terwijl het naar de top zweeft.
De temperatuur, suikers, de snelheid waarmee de tank wordt geroerd, de zuurgraad, koolstofdioxide en zuurstofniveaus moeten allemaal worden gecontroleerd en afgestemd op optimale werkomstandigheden.
De voordelen van biomining
Traditionele mijnbouwmethoden vereisen agressieve chemicaliën, veel energie en produceren veel vervuilende stoffen. Daarentegen gebruikt biomining weinig energie en produceert het maar weinig microbiële bijproducten zoals organische zuren en gassen.
Omdat het goedkoop en eenvoudig is, kan biomining op een effectieve manier gebruik maken van laagwaardige bronnen van metalen (zoals mijnafval) die anders oneconomisch zouden zijn met behulp van traditionele methoden.
Landen wenden zich in toenemende mate tot biomining zoals Finland, Chili en Oeganda. Chili heeft veel van zijn koperrijke ertsen uitgeput en maakt nu gebruik van biomining, terwijl Oeganda al meer dan tien jaar kobalt uit kopermijnenafval verwijdert.
Waarom hebben we zeldzame aarde-elementen nodig?
De zeldzame-aarde-elementen omvatten de groep 15-lanthaniden nabij de onderkant van het periodiek systeem, plus scandium en yttrium. Ze worden veel gebruikt in zowat alle elektronica en worden in toenemende mate gezocht door de industrie voor elektrische voertuigen en hernieuwbare energie.
De unieke atomaire eigenschappen van deze elementen maken ze bruikbaar als magneten en fosforen. Ze worden gebruikt als sterke lichtgewichtmagneten in elektrische voertuigen, windturbines, harde schijven, medische apparatuur en als fosforen in energiebesparende verlichting en in de LED's van mobiele telefoons, televisies en laptops.
Ondanks hun naam zijn zeldzame aardelementen niet zeldzaam en sommige zijn zelfs overvloediger dan koper, nikkel en lood in de aardkorst. In tegenstelling tot deze primaire metalen die ertsen vormen (een van nature voorkomend mineraal of gesteente waaruit een bruikbare substantie gemakkelijk kan worden geëxtraheerd), zijn zeldzame-aarde-elementen wijd verspreid. Dus om economisch haalbaar te zijn, worden ze over het algemeen gewonnen als secundaire producten naast primaire metalen zoals ijzer en koper.
Meer dan 90% van's werelds zeldzame aarde-elementen komen uit China, waar productie monopolies, handelsbeperkingen en illegale mijnbouw de prijzen hebben doen dalen. fluctueren dramatisch door de jaren heen.
De meeste technologieën voor hernieuwbare energie zijn afhankelijk van zeldzame aardmetalen. Pixabay
Rapporten van de US Department of Energy, Europeese UnieEn Amerikaanse inlichtingencommissie hebben verschillende zeldzame-aarde-elementen bestempeld als kritische materialen, gebaseerd op hun belang voor schone energie, hoog leveringsrisico en gebrek aan vervangingsmiddelen.
Deze rapporten moedigen onderzoek en ontwikkeling aan naar alternatieve mijnbouwmethoden zoals biomining als een potentiële mitigatiestrategie.
Gelet op deze oproepen, laboratoria in gordijn en Berkeley Universiteiten hebben micro-organismen gebruikt om veelvoorkomende zeldzame-aarde-element-dragende mineralen op te lossen. Deze pilot-schaalstudies hebben veelbelovende resultaten opgeleverd, waarbij de extractiesnelheden dichter bij die van conventionele mijnmethoden kwamen.
Omdat de meeste elektronica een notoir korte levensduur hebben en slecht recyclebaar zijn, experimenteren laboratoria met 'stedelijke' biomining. Bioleachingstudies hebben bijvoorbeeld succes geboekt in extractie van zeldzame-aarde-elementen uit het fosforpoeder voering van fluorescente globes, en het gebruik van micro-organismen voor het recyclen van zeldzame aardelementen uit elektronische afvalstoffen zoals magneten voor harde schijven.
De zeldzame aarde-elementen zijn cruciaal voor de toekomst van onze technologie. Biomining biedt een manier om deze waardevolle hulpbronnen te verkrijgen op een manier die zowel ecologisch duurzaam als economisch haalbaar is.
Over de auteur
Marcos Voutsinos, PhD Candidate, Geomicrobiology, Universiteit van Melbourne
Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation. Lees de originele artikel.
Verwante Boeken
Climate Adaptation Finance and Investment in California
door Jesse M. Keenan
Dit boek dient als een leidraad voor lokale overheden en particuliere ondernemingen terwijl ze door de niet-gecharterde wateren navigeren om te investeren in aanpassing aan en aanpassing aan klimaatverandering. Dit boek dient niet alleen als hulpmiddel bij het identificeren van potentiële financieringsbronnen, maar ook als een routekaart voor vermogensbeheer en publieke financiering. Het benadrukt praktische synergieën tussen financieringsmechanismen, evenals de conflicten die kunnen ontstaan tussen verschillende interesses en strategieën. Hoewel het zwaartepunt van dit werk ligt bij de staat Californië, biedt dit boek bredere inzichten over hoe staten, lokale overheden en particuliere ondernemingen die cruciale eerste stappen kunnen zetten in het investeren in de collectieve aanpassing van de samenleving aan de klimaatverandering. Beschikbaar op Amazon
Op de natuur gebaseerde oplossingen voor adaptatie aan klimaatverandering in stedelijke gebieden: koppelingen tussen wetenschap, beleid en praktijk
door Nadja Kabisch, Horst Korn, Jutta Stadler, Aletta Bonn
Dit open access boek brengt onderzoeksresultaten en ervaringen uit wetenschap, beleid en praktijk samen om het belang van op de natuur gebaseerde oplossingen voor aanpassing aan klimaatverandering in stedelijke gebieden te benadrukken en te bespreken. De nadruk wordt gelegd op het potentieel van op de natuur gebaseerde benaderingen om meerdere voordelen voor de samenleving te creëren.
De bijdragen van deskundigen presenteren aanbevelingen voor het creëren van synergieën tussen lopende beleidsprocessen, wetenschappelijke programma's en praktische implementatie van klimaatverandering en natuurbeschermingsmaatregelen in stedelijke gebieden over de hele wereld. Beschikbaar op Amazon
Een kritische benadering van adaptatie aan klimaatverandering: discoursen, beleid en praktijken
door Silja Klepp, Libertad Chavez-Rodriguez
Dit bewerkte deel brengt kritisch onderzoek naar discutaties, beleid en praktijken met betrekking tot aanpassing aan klimaatverandering samen vanuit een multidisciplinair perspectief. Uitgaande van voorbeelden uit landen als Colombia, Mexico, Canada, Duitsland, Rusland, Tanzania, Indonesië en de eilanden in de Stille Oceaan, beschrijven de hoofdstukken hoe aanpassingsmaatregelen worden geïnterpreteerd, getransformeerd en geïmplementeerd op basisniveau en hoe deze maatregelen veranderen of interfereren met machtsverhoudingen, wettelijk pluralisme en lokale (ecologische) kennis. Als geheel daagt het boek gevestigde perspectieven van aanpassing aan de klimaatverandering uit door rekening te houden met kwesties van culturele diversiteit, milieukritiek en mensenrechten, evenals feministische of intersectionele benaderingen. Deze innovatieve aanpak maakt analyses mogelijk van de nieuwe configuraties van kennis en kracht die evolueren in naam van aanpassing aan klimaatverandering. Beschikbaar op Amazon
Van de uitgever:
Aankopen op Amazon gaan om de kosten van het brengen van je te bekostigen InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, en ClimateImpactNews.com zonder kosten en zonder adverteerders die je surfgedrag volgen. Zelfs als u op een link klikt maar deze geselecteerde producten niet koopt, betaalt alles wat u bij hetzelfde bezoek op Amazon koopt, een kleine commissie. Er zijn geen extra kosten voor u, dus draag alstublieft bij aan de moeite. Je kan ook gebruik dan deze link te gebruiken op elk gewenst moment voor Amazon, zodat u ons kunt helpen onze inspanningen te ondersteunen.
