Отраслевое издание The Walrus (Канада) публикует материал о том, как микроорганизмы помогают извлекать полезные ископаемые из отходов горнодобывающих предприятий.
Спрос на металлы в мире продолжает расти, и некоторые учёные намерены использовать микроорганизмы для получения полезных ископаемых из отходов горнодобычи.
Ежегодно около 200 действующих рудников Канады добавляют новую порцию отходов горнодобычи к тем миллиардам тонн, что уже накоплены в Стране кленового листа. Затем эти отходы отправляются в котлованы, подземные хранилища или используются при строительстве плотин.
Хотя оценки сильно разнятся, считается, что во всем мире насчитывается от 1800 до 8500 хвостохранилищ. Многие из них все еще содержат ряд металлов, но в концентрации, которая долгое время считалась слишком низкой для промышленного использования. Так что бОльшая часть нетронутых отходов ждет, пока кто-нибудь не найдет им стоящее применение.
В мире существует огромное количество хвостохранилищ, которые содержат в себе некоторое количество металлов.
Именно над этим Надежда Микитчук и работала последние два десятилетия. В настоящее время Микитчук является адъюнкт-профессором и исполнительным директором Горного училища Гудмана при Лаврентийском университете (Канада). Микитчук — специалист в области биомайнинга. Этот метод предполагает использование бактерий и других микроорганизмов вместо химических веществ для извлечения металлов из руд или восстановления рудников.
В коммерческих целях биомайнинг впервые применили в 1950-х годах для получения меди из месторождений с бедными рудами и из шахтных отходов. Это менее энергоёмко и затратно, чем традиционная горнодобыча. Сегодня биомайнинг, вполне вероятно, на пороге бума, поскольку, по мнению ряда специалистов, эта технология способна сыграть решающую роль в осуществлении энергетического перехода.
«Мы говорим о климатическом кризисе. На самом деле у нас кризис горнодобывающей промышленности или металлургический кризис», — говорит Джон Стин, директор Научно-исследовательского института полезных ископаемых Университета Британской Колумбии (UBC). Он ссылается на оценку S&P Global, согласно которой для перехода к «зелёной» энергетике в ближайшие три десятилетия понадобится больше меди, чем мир потребил за последние 120 лет.
Ожидается, что спрос на медь примерно удвоится в период до 2035 года для производства оборудования, такого как аккумуляторные батареи, теплообменники солнечных панелей и ветряные генераторы. Вопрос теперь в том, сможет ли биомайнинг развиваться достаточно быстро, чтобы удовлетворить растущий спрос. Хотя в настоящее время на долю этой технологии приходится лишь около 15–20% добываемой в мире меди и 5% золота, ожидается рост перспективного сектора.
Биомайнинг востребован главным образом при производстве меди
По данным исследовательской и консалтинговой компании Credence Research, в 2020 году биомайнинг принёс горнодобывающим компаниям в общей сложности 1,5 млрд долларов США. Ожидается, что к 2027 году рыночная стоимость отрасли достигнет 3,6 млрд долларов США. Это всё ещё относительно малая величина по сравнению с примерно 2 триллионами долларов США, в которые оценивается мировая горнодобывающая промышленность. Но существует потенциал для того, чтобы биомайнинг превратился в крупномасштабную альтернативу традиционной добыче металлов, которая далеко не идеальна с точки зрения экологии.
Микробы, подобно людям, лучше работают в сообществе, также известном как консорциум. Чтобы получить представление о возможностях каждого вида микроорганизмов, учёные и инженеры собирают образцы с мест добычи и секвенируют ДНК находящихся там микробов. Генетический материал определяет, какие типы белков способны производить микробы, что помогает предсказать, как они будут взаимодействовать с отходами. В идеале эти знания будут использоваться для создания консорциумов, которыми можно будет манипулировать для извлечения металлов из отходов горнодобывающей промышленности, их обезвреживания или выполнения того и другого.
При очистке хвостохранилищ микробы расщепляют элементы и заставляют их менять состояния, превращая в менее вредные или более полезные в новых формах. Так, в хвостохранилищах, наполненных сульфидными минералами (соединениями серы и одного или нескольких металлов), микробы способны разрушить их и помочь извлечь компоненты для перевода в более полезные состояния: железо можно превратить в окатыши, серу — в гипс, а песчаные материалы использовать для засыпки рудников.
С помощью микробов железо можно превратить в окатыши, серу — в гипс.
Но одним из препятствий на пути распространения биомайнинга является то, что эффективность микробных консорциумов зависит от типа сырья. До недавнего времени у предприятий отрасли не было отлаженного механизма обмена информацией о геноме микроорганизмов.
В начале 2022 года Суперкластер цифровых технологий, группа, объединившая горнодобывающие компании во главе Teckиз Ванкувера, UBC, центры исследования генома и другие организации, запустила платформу, способную облегчить обмен накопленными знаниями.
Платформа анализа микробиома горнодобывающей промышленности (M-MAP) позволяет примерно 100 участвующим учёным, инженерам и другим специалистам, многие из которых работают в горнодобывающих компаниях, отправлять образцы с рудников по всему миру для проведения генетического исследования. Полученная информация, а также содержащаяся в государственных архивах, пополняет базу данных, к которой имеют доступ все участники проекта. Эти знания помогут точно настроить процесс биомайнинга.
«Каждое хвостохранилище уникально, — говорит Надежда Микитчук. — С помощью технологий геномики можно построить процесс с учётом потребностей этого конкретного материала на конкретном участке».
По мнению ученых, микробы могут принести пользу на каждом хвостохранилище.
Если всё сделано правильно, биомайнинг может принести значительную прибыль. Например, BacTech, базирующаяся в Торонто компания, которая специализируется в сфере экологически чистых технологий, подсчитала, что в хвостохранилищах в районе Садбери содержится металлов, включая никель (его обычно используют в катодах литий-ионных аккумуляторов), на сумму 22 млрд долларов. Чтобы ускорить развитие отрасли, Надежда Микитчук предложила построить в Садбери исследовательский центр стоимостью 21 млн долларов в качестве площадки для разработки и тестирования новых биотехнологий.
Как бы то ни было, развитие биомайнинга сводится к вопросу получения чистой прибыли. «Цены на металлы, которые мы увидим в ближайшие двадцать лет, будут способствовать развитию новой отрасли по переработке отходов горнодобывающей промышленности, — утверждает Джон Стин. — Когда экономика начинает страдать от высоких цен на металлы, именно тогда мы разрабатываем инновации, призванные удешевить процесс и сделать его более эффективным».
По словам Стина, такой проект, как M-MAP, будет способствовать не только расширению применения биомайнинга, но и станет катализатором развития других инноваций. Генетическая информация микробов таит в себе потенциал для новых технологий в нефтегазовом секторе, лесном и сельском хозяйстве, а также в сфере очистки сточных вод.
База данных M-MAP будет открыта для широкого круга пользователей, при этом доступ на начальный уровень будет бесплатным, чтобы университетские исследователи могли применять расшифрованную информацию в других отраслях промышленности. При оптимальном сценарии, когда достаточное количество людей и компаний начнут загружать свои данные в платформу, может быть создана сверхмощная, постоянно обновляющаяся информационная система.
Перевод Виктора Симионова
