Энергетический переход порождает парадокс. Ради ветряков, электромобилей и дата-центров человечеству придется добывать небывалые объемы минералов. Причем спрос на многие критически важные металлы в ближайшие десятилетия вырастет в несколько раз. Богатые месторождения истощаются, и перерабатывать приходится все более бедные породы. Горная отрасль сегодня потребляет около 1,7% мировой энергии, но к 2060 году ее потребности могут вырасти в 8 раз. К 2050 году дополнительно накопится до двух триллионов тонн пустой породы и хвостов, остающихся от обогащения.
Микробы помогут обеспечить мир критически важными металлами
Переход к чистой энергетике требует все больше меди, никеля, кобальта и редкоземельных элементов, а традиционная добыча обходится планете все дороже. Ученые уверены: микроорганизмы и сконструированные белки способны извлекать металлы из отходов и бедных руд. Научная база для этого уже есть. Не хватает другого — пути от лабораторной пробирки к промышленной установке.
Соединения меди (синего цвета) можно извлекать из раствора с помощью микроорганизмов — этот процесс известен как биологическое выщелачивание. Dirk Wiersma/Science Photo Library
Металлы нужны не только людям, но и самим бактериям. В 2014 году выяснилось, что микроб из вулканического грязевого котла Сольфатара под Неаполем не может расти без лантаноидов: они входят в его фермент, окисляющий метанол. Белок ланмодулин нашли в 2018 году в почвенной бактерии Methylorubrum extorquens. Он связывает редкоземельные ионы примерно в сто миллионов раз охотнее, чем кальций. Эту особенность микробов можно успешно использовать для безотходного получения металлов.
Преимущество биологического выщелащивания по сравнению с традиционным производством: снижение отходов и хвостов.
Между тем в 2022 году в мире образовалось 62 миллионов тонн электронного мусора — почти 8 кг на человека. Из них перерабатывается в лучшем случае 22%. Золота, палладия и редкоземельных элементов в выброшенной электронике даже больше, чем в относительно бедной руде, но извлекать их обычными методами сложно и невыгодно.
Продолжение ниже
Видео
Продолжение
Здесь на помощь приходит биология. Микробы, вырабатывающие кислоты и окислители, давно помогают получать медь, никель, золото и кобальт. Синтетическая биология расширила возможности: белок ланмодулин выделяет редкоземельные элементы с выходом 99,9% за одну стадию, без органических растворителей. А проектирование белков с помощью ИИ ускоряет поиск молекул, избирательно связывающих нужные металлы.
От пробирки к руднику
Электронные отходы могут содержать более высокие концентрации важнейших металлов, чем те, которые встречаются в природных рудах.
Главная проблема теперь не в недостатке научных идей, а в налаживании экономичного пути от открытия к внедрению. Многие разработки застревают после лабораторной проверки, потому что инвесторы боятся первых в отрасли проектов, а правила меняются от страны к стране.
По итогам семинара по биомайнингу в испанском Ситжесе авторы предлагают три шага. Первый — пилотные площадки рядом с рудниками, центрами переработки электроники и источниками кислых шахтных вод. Второй — разделение рисков между государством и бизнесом, по образцу американской операции Warp Speed, ускорившей выпуск вакцин. Третий — гибкое регулирование и общие стандарты данных, включая цифровые двойники процессов. Биотехнологии не заменят горную добычу, признают ученые, но могут превратить отходы в стратегический ресурс.
Загружаем