Микроорганизмы могут добывать металл, необходимый для экологически чистых технологий.

В условиях растущего спроса горнодобывающие компании обращаются к биотехнологическим фирмам за помощью в извлечении большего количества металла из устаревающих шахт.

В сосновом лесу на Верхнем полуострове Мичигана единственный действующий никелевый рудник в США близится к завершению своей работы. В то время как автопроизводители нуждаются в этом металле для аккумуляторов электромобилей, концентрация никеля на руднике Игл падает и вскоре может снизиться настолько, что дальнейшая добыча станет нецелесообразной.

Однако в начале этого года владелец рудника начал тестировать новый процесс, который может позволить получить немного больше никеля. В двух транспортных контейнерах, недавно установленных на обогатительной фабрике рудника, ферментационная среда, разработанная стартапом Allonnia, смешивается с концентрированной рудой для улавливания и удаления примесей. Этот процесс позволяет производить никель из руды более низкого качества.

Кент Соренсон, главный технический директор Allonnia, говорит, что такой подход может помочь компаниям продолжить эксплуатацию месторождений, которые, как и шахта Eagle Mine, исчерпали свои лучшие запасы руды. «Самый простой способ — это продолжать разработку уже имеющихся шахт», — говорит он.

Спрос на никель, медь и редкоземельные элементы быстро растет на фоне взрывного развития металлоемких центров обработки данных, электромобилей и проектов в области возобновляемой энергии. Но добыча этих металлов становится все сложнее и дороже, поскольку горнодобывающие компании уже исчерпали лучшие ресурсы. Подобно старинному способу сворачивания кончика тюбика зубной пасты, бульон Аллоннии — это один из способов, с помощью которых биотехнология могла бы помочь горнодобывающим компаниям извлечь больше металла из стареющих шахт, посредственной руды или отвалов.

В горнодобывающей промышленности на протяжении десятилетий целенаправленно засеивают медную руду микробами. На современных участках биовыщелачивания меди шахтеры складывают измельченную медную руду в кучи и добавляют серную кислоту. Кислотолюбивые бактерии, такие как Acidithiobacillus ferrooxidans, заселяют эти кучи. Вырабатываемое этими организмами химическое вещество разрывает связь между молекулами серы и меди, высвобождая металл.

До сих пор, помимо поддержания кислотности и продувки кучи воздухом, шахтеры мало что могли сделать для стимулирования роста микроорганизмов. Но Элизабет Деннетт, генеральный директор стартапа Endolith, говорит, что снижение стоимости генетических инструментов позволяет более активно управлять сообществами микробов в куче. «Технологии, которые мы используем сейчас, еще несколько лет назад не существовало», — говорит она.

Связанная статья

Как растения могут добывать металлы из почвы. Читайте далее.

Система Endolith анализирует фрагменты ДНК и РНК в богатой медью жидкости, вытекающей из рудного отвала, чтобы охарактеризовать обитающие в ней микроорганизмы. В сочетании с комплексом химических анализов эта информация помогает компании определить, какие микроорганизмы следует распылить на отвал для оптимизации добычи.

В лабораторных испытаниях руды горнодобывающей компании BHP активные методы Endolith превзошли пассивные подходы к биовыщелачиванию. В ноябре компания привлекла 16,5 миллионов долларов для перехода из своей лаборатории в Денвере на отвалы в действующих шахтах.

Несмотря на эти многообещающие предварительные результаты, Корале Бриерли, инженер, работающая над системами биовыщелачивания металлов с 1970-х годов, сомневается, смогут ли такие компании, как Endolith, добавляющие в руду дополнительные микроорганизмы, успешно перевести свои процессы в коммерческие масштабы. «Какие гарантии вы дадите компании, что эти организмы действительно будут расти?» — спрашивает Бриерли.

Крупные горнодобывающие компании, которые уже оптимизировали каждый шланг, гайку и болт в своем процессе, тоже будет непросто убедить, говорит Диана Раснер, аналитик по горнодобывающим технологиям из исследовательской фирмы Cleantech Group.

«Они прекрасно понимают, что нужно для масштабирования этих технологий, потому что хорошо знакомы с отраслью, — говорит она. — Они будут вашими главными сторонниками, но и самыми ярыми критиками».

Помимо технических трудностей, Раснер отмечает, что биотехнологические стартапы, финансируемые венчурным капиталом, будут испытывать проблемы с обеспечением быстрой окупаемости инвестиций. Горнодобывающим компаниям требуется большой объем данных, прежде чем внедрять новые процессы, разработка которых может занять годы тестирования. «Это не программное обеспечение», — говорит Раснер.

Компания Nuton, дочернее предприятие горнодобывающего гиганта Rio Tinto, является хорошим примером. Компания десятилетиями работала над процессом биовыщелачивания меди, в котором используется смесь штаммов архей и бактерий, а также некоторые химические добавки. Однако демонстрацию технологии она начала только в конце прошлого года на руднике в Аризоне.

В то время как Endolith и Nuton используют встречающиеся в природе микроорганизмы, стартап 1849 надеется добиться большего повышения производительности за счет генетической модификации микроорганизмов.

«Вы можете делать то, что традиционно делали горнодобывающие компании, — говорит генеральный директор Джай Падмакумар. — Или вы можете попытаться совершить прорыв и заняться инженерными разработками. Если вам это удастся, вас ждет огромная победа».

Генная инженерия позволила бы компании 1849 адаптировать свои микроорганизмы к конкретным задачам, стоящим перед заказчиком. Однако, как предупреждает Баз Барстоу, микробиолог из Корнельского университета, изучающий применение биотехнологий в горнодобывающей промышленности, генная инженерия может также затруднить выращивание микроорганизмов.

Другие компании пытаются избежать этого компромисса, используя продукты микробной ферментации, а не живые организмы. Компания Alta Resource Technologies, которая в декабре завершила инвестиционный раунд на 28 миллионов долларов, занимается разработкой микроорганизмов, способных производить белки для извлечения и разделения редкоземельных элементов. Аналогичным образом, стартап REEgen из Итаки, штат Нью-Йорк, использует органические кислоты, производимые модифицированным штаммом Gluconobacter oxydans, для извлечения редкоземельных элементов из руды и отходов, таких как шлак от переработки металлов, угольная зола или старая электроника. «Микроорганизмы — это и есть производство», — говорит генеральный директор Алекса Шмитц, выпускница лаборатории Барстоу.

Чтобы удовлетворить растущий спрос на металлы, этой новой волне биотехнологий придется выйти за рамки меди и золота, говорит Барстоу. В 2024 году он начал проект по картированию генов, которые могли бы быть полезны для извлечения и разделения более широкого спектра металлов. Даже с учетом предстоящих трудностей, говорит он, биотехнология имеет потенциал преобразовать горнодобывающую промышленность так же, как гидроразрыв пласта изменил добычу природного газа. «Биомоложение — это одна из тех областей, где потребность… достаточно велика», — говорит он.

Задача будет заключаться в том, чтобы двигаться достаточно быстро, чтобы успевать за растущим спросом.

Источник: www.technologyreview.com