8 Minute
Cercetătorii au descoperit că anumite ferigi pot concentra elemente de pământuri rare (REE) prin formarea de monazit microscopic — un mineral care conține REE — în interiorul țesuturilor lor. Acest proces determinat de plante ar putea deschide o cale nouă, mai ecologică, pentru extragerea metalelor esențiale în alimentarea vehiculelor electrice, a turbinelor eoliene și a multor dispozitive de înaltă tehnologie. Descoperirea sugerează potențialul unei strategii de tip fitomining (fitomining sau fitomininga) care valorifică proprietățile biologice ale plantelor pentru a concentra mineralele critice în biomasa ușor de colectat, reducând necesitatea exploatărilor la scară mare și a impactului asociat cu acestea.
Cum transformă ferigile metalele din sol în minereu microscopic
În studiile asupra Borreria orientale (B. orientale), oamenii de știință au identificat particule foarte mici de monazit acumulându-se în structuri ale plantei după expuneri îndelungate la soluri alterate de intemperii. Monazitul este un mineral fosfatat bogat în elemente ușoare de pământuri rare — cum ar fi lantanul, ceriu, praseodim și neodim — și este în mod tradițional exploatat din roci dure sau nisipuri grele minerale. Partea surprinzătoare este de natură biologică: pare că o plantă precipită și izolează direct un mineral funcțional de minereu în interiorul țesuturilor sale, ceea ce schimbă paradigma clasică a geologiei economice și a modurilor în care acumulările de REE pot fi concentrate.
Mecanismele propuse includ schimburi în rizosferă, exudate radiculare care complexifică ionii metalelor, variații locale ale pH-ului și ale activității fosfaților care favorizează precipitare minerală. Analizele petrografice și instrumentale, cum ar fi microscopie electronică, microsondă și spectroscopie elementară, sugerează că monazitul se formează pe scale micro- și nano-metrice în jurul unor puncte de nucleație din interiorul foliolelor sau altor structuri vegetale. Această capacitate de a genera microcristale stabile în medii biologice ridică întrebări noi despre interacțiunea dintre geochimie și procesele biologice de weathering (alterare chimică și biologică).
Există semne că fenomenul nu ar fi exclusiv pentru B. orientale. Observații de teren și rapoarte preliminare indică faptul că o altă ferigă, Dicranopteris linearis, ar putea manifesta un comportament similar, acumulând faze minerale care conțin REE. Totuși, autorii subliniază că dovezile directe sunt încă limitate și că este necesară o muncă comparativă extinsă pentru a confirma dacă fenomenul este larg răspândit printre alte specii sau dacă este restrâns la condiții ecologice și pedologice specifice. Testele de laborator complementare și studiile pe transecte ecologice vor fi esențiale pentru a stabili distribuția acestui proces, factorii de mediu determinanți și variabilitatea între populații și specii.
De ce contează asta pentru energia curată și lanțurile critice de aprovizionare
Elementele de pământuri rare sunt indispensabile pentru fabricarea magneților permanenți de înaltă performanță, pentru componente-cheie din baterii, pentru motoare electrice și pentru o gamă largă de componente electronice. Proprietățile magnetice și electronice ale unor REE, în special neodimul și praseodimul, fac aceste materiale cruciale în tranziția energetică. În prezent, extracția și rafinarea acestor materiale sunt eterogene, intensive în energie și concentrate geografic în doar câteva regiuni, ceea ce creează riscuri de mediu și de securitate a lanțurilor de aprovizionare. Impacturile includ alterarea peisajelor prin cariere la suprafață, generarea de deșeuri minerale, consumuri mari de apă și emisii asociate operațiunilor miniere și metalurgice.
Fitominingul ar putea oferi un complement cu impact redus la extracția convențională, concentrând REE în biomasa care poate fi recoltată periodic — o abordare potențial mai sustenabilă din punct de vedere al folosirii terenului și al gestionării deșeurilor. Concentrarea metalelor în țesuturi ar facilita operării la scară mică, pe terenuri marginale sau pe soluri deja perturbate, reducând necesitatea excavațiilor masive. În plus, integrarea practicilor agricole, silvice sau de gestionare a terenurilor cu fitominingul ar putea crea sinergii — de exemplu, combinând producția de biomasa cu recuperarea REE sau folosind culturi care oferă și beneficii pentru restaurarea ecologică.
Totuși, nu trebuie ignorate provocările: concentrațiile pe unitate de masă de plante pot fi încă scăzute în comparație cu minereurile tradiționale, iar procesele de recuperare a monazitului din țesuturi trebuie să fie eficiente din punct de vedere economic. Mai mult, monazitul poate conține urme de toriu sau uraniu — elemente ușor radioactive — ceea ce impune proceduri stricte de manipulare, management al deșeurilor și conformare la reglementările privind radiațiile. Evaluările ciclului de viață (LCA), analizele economice și testele pilot pe teren vor fi esențiale pentru a determina dacă fitominingul poate furniza REE la scară comercială într-un mod care reduce cu adevărat amprenta de mediu și riscurile geopolitice asociate lanțurilor de aprovizionare.
După cum observă autorii într-un articol publicat în Environmental Science & Technology, „această descoperire nu numai că scoate în evidență îmbogățirea și sechestrarea REE în timpul alterării chimice și biologice, dar deschide și noi posibilități pentru recuperarea directă a materialelor REE funcționale.” Lucrarea legitimează fezabilitatea fitominingului și introduce o abordare inovatoare, bazată pe plante, pentru dezvoltarea durabilă a resurselor REE, subliniind necesitatea unor strategii interdisciplinare care să îmbine botanică, geochimie și inginerie de proces.
Următorii pași: de la minereul din plante la metale utilizabile
O provocare tehnică majoră este dezvoltarea unor tehnici de extracție eficiente care să separe monazitul din biomasa vegetală și să descompună mineralul în elementele sale constitutive fără pierderi semnificative. Acest lucru poate implica procese fizice de concentrare, pretratamente biochimice pentru a elibera particulele minerale, procese hidrometalurgice (de exemplu, solubilizare selectivă, precipitare controlată) sau tehnologii termice adaptate la specificul biomasei. Fiecare etapă trebuie optimizată pentru randament, costuri și impact ecologic. În plus, prezența potențială a elementelor radioactive în monazit impune condiții speciale pentru manipulare, neutralizare sau stocare a reziduurilor rezultate din procesul de extracție.
Scalarea metodelor de recuperare reprezintă un alt obstacol: prototipurile de laborator trebuie să fie validate prin proiecte pilot care să analizeze performanța pe suprafețe extinse, variabilitatea rezultatelor în funcție de tipul de sol și climat, precum și sustenabilitatea economică. Modele economice și scenarii de piață vor arăta cum fitominingul s-ar putea integra în fluxurile existente de aprovizionare cu REE — fie ca sursă complementară, fie ca alternativă în anumite regiuni. În plus, managementul biomasei — uscare, prelucrare, transport — are un cost și o amprentă ce trebuie optimizate; soluții precum co-procesarea cu biorefinării sau recuperarea de energie ar putea îmbunătăți viabilitatea comercială.
Cercetările viitoare vor testa pe scară largă cât de răspândită este capacitatea de a forma monazit în rândul speciilor de plante și în diverse ecosisteme. Vor fi investigate factori agronomici precum rata de creștere, productivitatea biomasei, toleranța la soluri sărace sau poluate, disponibilitatea fosfaților în sol și interacțiunile microbiene din rizosferă care pot favoriza precipitare minerală. De asemenea, selecția speciilor și îmbunătățirile genetice (într-un cadru etic și reglementat) ar putea accelera productivitatea și eficiența procesului. În paralel, analizele între discipline — geochimie, ecologie, știința materialelor și economie — vor ajuta la definirea unor fluxuri de lucru robuste pentru transformarea observațiilor fundamentale în tehnologii aplicabile industrial.
Până când aceste etape vor fi validate, descoperirea rămâne un punct de convergență între botanică, geochimie și știința resurselor — un traseu promițător condus de plante pentru asigurarea materialelor necesare unei economii cu emisii reduse de carbon. Implantarea responsabilă a fitominingului ar putea contribui la diversificarea lanțurilor de aprovizionare REE, la reducerea presiunii exercitate de minele convenționale asupra mediului și la dezvoltarea unor practici de extragere mai reziliente din punct de vedere geopolitic. Totodată, colaborările între cercetători, industrii și autorități de reglementare vor fi cruciale pentru a defini standarde, protocoale de siguranță și criterii de durabilitate care să permită utilizarea practică și sigură a acestei abordări emergente.
Sursa: sciencealert
Lasă un Comentariu