Energia és mobilitás zöld szemszögből

Nehézfém bányászat növényekkel

2020. március 09. • írta: ZöldEnergia

A bolygón található növények közül néhány igencsak szereti a fémeket, a gyökereik csaknem "mágnesként vonzzák" azokat. A közel 700 különböző növényfajta nagyon jól érzi magát nehézfémeket tartalmazó talajon, ahol más növények vagy állatok rövid időn belül elpusztulnának. Az ilyen növények, mint például a Berkheya coddii, példányát felvágva vagy kisajtolva olyan kékes-zöldes levet kapunk, amelynek akár negyede feloldott nikkel lehet. Ez a növényi lé magasabb koncentrációban tartalmazhat nikkelt, mint amennyit azokban az ércekben találunk, amelyekből nagyipari szinten állítjuk elő a nikkel fémet.

Ezek a fémtűrő növények nemcsak megtűrik, de gyakran össze is gyűjtik a nehézfémeket, időnként elképesztő mennyiségben. Ilyen szempontból ezen növények segítségével egy napenergiával hajtott nehézfém kohót is lehetne akár üzemeltetni. A nagy kérdés az, hogy lehetséges-e a világ jelenlegi nehézfém termelésének legalább egy részét ilyen energiatakarékos és sokkal kevésbé környezetszennyező módon kiváltani?

Prof. Alan Baker vezetésével a Melbourne-i Egyetemen működő nemzetközi kutatócsoport azon dolgozik közel egy évtizede, hogy meggyőző bizonyítékokat gyűjtsön azzal kapcsolatban, hogy az ötlet idővel tényleges ipari alkalmazássá tudja majd magát kinőni. A Borneó szigetén bérelt földterületeken, a Phyllanthus rufuschaneyi fajta segítségével viszonylag kis méretben már bizonyították ezt. Minden 6–12 hónapban az itteni földművesek a nagyjából egy hektáros területre telepített, úgynevezett "hiper-nikkelgyűjtő" növények kb. 30 centiméternyi felső részét betakarították, majd kisajtolták a növények levét. Egy viszonylag egyszerű tisztítási eljárás után hektáronként akár 250 kg nikkelt tudtak így termelni (só formában, például citrátként), amelynek nemzetközi ára több tízezer (akár százezer) dollárra is tehető.

A jelenlegi tervek szerint a kísérletet 20 hektárra fogják kibővíteni, hogy az ipari érdeklődőket is meggyőzzék. A következő évtizeden belül szeretnék elérni, hogy a bolygó jelenlegi nehézfém fogyasztásának mérhető részét ilyen és hasonló mezőgazdasági termelés során állítsuk elő.

Az úgynevezett fitobányászat (phytomining) persze nem tudja majd a jelenlegi bányászatot teljesen kiváltani. De ezzel a mezőgazdasági technológiával a magas nehézfém tartalommal rendelkező, és emiatt megművelés alá nem vonható területek is felhasználhatóak lennének. Emellett a bányák meddőanyagaiból is további nehézfémeket lehetne kivonni — a bányászati meddőanyag stabilizálás részeként —, amely segítségével aztán hosszútávon ezek a meddő tározók is felhasználhatóak lennének, miközben hozzájárulnak a bányák bevételéhez ahelyett, hogy csak költségként jelentkeznének.

Georgius Agricola, akit a modern ércolvasztás atyjának tartanak, már 500 évvel ezelőtt is vizsgálta a növényekből kinyerhető fémeket. A 16. századi kéziratai között szerepel: "Ha tudod, hogy mit keress a növények leveleiben, könnyen rájöhetsz, hogy mi rejlik a föld alatt."

A fitobányászatot 1983-ban találta fel Rufus Chaney, az USA Mezőgazdasági Minisztériumánál dolgozó agronómus. Az első külső próbaüzem 1996-ban történt Oregon államban. Mostanra jártak le az első szabadalmak, aminek köszönhetően egyre többen dolgoznak ezen a tudományos területen.

A nikkel az acélgyártás egyik fontos ötvöző anyaga. Emellett egyre gyakrabban használják az elektromos akkumulátorokban is. A nikkel mérgező az növények és állatok számára, már kis dózisban is. A nikkel bányák környéke gyakran szennyezett a bányászat következtében, s emiatt a környező földek rendszerint megművelésre alkalmatlanok.

Olyan területeken, ahol a talaj természetes indokok miatt is gazdag nehézfémekben, például a trópusi vagy akár a mediterrán medence területén, az itt élő növényvilág rendszerint adaptálódott az ilyen talajokhoz. A dél-csendes-óceáni szigetek között Új-Kaledónia területén ezidáig 65 nikkel-tűrő vagy egyenesen nikkelt igénylő növényfajtát azonosítottak. A nikkel mellett hasonló növényeket találtak, amelyek inkább a kobalt, cink vagy más fémfajtákat részesítik előnyben.

Az úgynevezett hiper-gyűjtő (hyper-accumulator) növények nem csak tűrik a nehézfémeket a talajban, a gyökereik azok felszívását előnyben részesítik. Az egyenlőre nem teljesen tisztázott, hogy miért: lehetséges, hogy az emelkedett nikkel tartalommal védekeznek a kártevők ellen, de az is, hogy a nikkel felvételével tudják például a növény működéséhez elengedhetetlen kálium felvételét is garantálni. A legfontosabb azonban az, hogy ezen növényeket nem genetikai módosítások vagy szelektív termesztéssel hozták létre, a természetes fajták megfelelőek az ipari alkalmazáshoz is.

Növény fajta Fém Fém koncentráció [mg/kg]
Antidesma montis-silam Ni 32700
Phyllanthus rufuschaneyi Ni 5270–28400
Alyssum murale Ni 4730–20100
Alyssum markgrafii  Ni 19100
Alyssum corsicum Ni 18100
Berkheya coddii Ni 18000
Eleocharis acicularis
 
Cu
Zn
20200
11200
Pteris vittata
 
Cr
As
20675
8331
Schima superba Mn 62412

Ezekkel a növényekkel a hagyományos bányászat legnagyobb problémájának — a meddő tárolás és a kimerültnek ítélt bányák remediációja során keletkező, nehézfémekkel szennyezett vizek által okozott gondok — jelentős részét is meg lehet oldani. A megoldás emellett költséghatékony is, hiszen a növényekből viszonylag könnyedén lehet kinyerni ipari szinten is felhasználható, magas fémtartalmú oldatokat vagy komponenseket. Már csak emiatt is jelentős előrelépést jelenthet ezen növények alkalmazása, hiszen így a bányák viszonylag kis befektetéssel további nyereséget tudnak termelni az életciklusuk végén is.

A hagyományos bányászat számára már alkalmatlan, de a mezőgazdasági termelésre még nem megfelelő talajok, amelyek például csak 0,1%-ban tartalmaznak nikkelt, pont megfelelőek az fitobányászati termelésnek. Nagyjából két évtized alatt ezek a területek is "kimerülnek" a nikkel termelés szempontjából, de pont ekkor lesznek ismételten alkalmasak a mezőgazdasági hasznosításra.

A nikkel termelés lehetősége annyira kifizetődő, hogy emiatt a trópusi országokban néhányan egyből új indokként látják ezt a technológiai fejlődést arra, hogy újabb erdőirtások induljanak. Azonban kiderült, hogy az erdős területek talajának nehézfém tartalma minimális, és leginkább csak bizonyos területeket, leginkább már meglévő füves puszták helyén van lehetőség az ilyen fémszerető növények sikeres termesztésére.

9 komment

A bejegyzés trackback címe:

https://zoldenergia.blog.hu/api/trackback/id/tr1915509638

Kommentek:

A hozzászólások a vonatkozó jogszabályok  értelmében felhasználói tartalomnak minősülnek, értük a szolgáltatás technikai  üzemeltetője semmilyen felelősséget nem vállal, azokat nem ellenőrzi. Kifogás esetén forduljon a blog szerkesztőjéhez. Részletek a  Felhasználási feltételekben és az adatvédelmi tájékoztatóban.

gigabursch 2020.03.09. 08:01:12

Csakhogy ehhez, hogy jól működjön rendszeresen arrébb kell tenni - mintegy vetésforgó szerűen a meddőt - hogy megfelelő veteményezési/technológiai sorrendben kiszívják a meddőből az értékes cuccot.

A 250 kg/ha nem túl sok?
Elsőre nekem annak tűnik...

ZöldEnergia 2020.03.09. 11:26:21

@gigabursch: A tudományos cikk ennyiről ír, én is többször megnéztem, nehogy egy nullával többet írjak, mint kellene. De a cikk becslése 250 kg/ha, ami tényleg nem rossz érték nikkel sóból mezőgazdasági tevékenységek esetén.

A nikkel fém nagyipari ára kb 12–13 ezer dollár tonnánként, ha ennek a felét megkapják, az akkor is legalább ezer dollár hektáronként. Ami egy fejlődő országban mezőgazdasági munkából (évi kétszeri betakarítás esetén is) nagy pénz.

gigabursch 2020.03.09. 12:03:19

@ZöldEnergia:
OK, köszi.
Csak 25 g/m2 számomra brutális nehézfém-szennyezésnek tűnik., Mégha ez sókat is jelent, azaz maga a nikkel tartalom nem ennyi.

molnibalage 2020.03.09. 16:26:56

@ZöldEnergia:
Lássuk a faktorokat.

* 1 ha = 100x100 m
* A növény, ahol dolgozik felső 30 cm = 0,3 m
* Tehát 1 hektár föld térfogata, ahol dolgozik a növény 0,3*10^-1*10*^4 = 3000 m3.

* A nikkel sűrűsége 8,9 tonna/m3.
* A cikk szerint 1 hektáron 0,250 t jön. ki. Annak térfogata, akkor kb. 0,03 m3 nikkelt jelent.

0,3 / 3000 = 0,0001.
Ez kb. 100 ppm térfogat koncentrációt jelent, de toxicitást tömegre mérnek, hiszen az anyagmennyiség a lényeg. Nem a térfogata.

* A talaj átlagos sűrűsége 1,6 t/m3 körül van.
* A fentiek szerint 3000 m3 a vizsgált talaj.

Akkor 3000*1,6 = 4800 tonna föld.
Ebben van 250 kg nikkel.

250 kg / 4 800 000 kg = 50 ppm körüli koncentráció.

Ha jól számoltam.

@gigabursch: A talajnak térfogata van, nem felszínre kell számolni. Abból lesz koncentráció. Lásd fent.

De ettől függetlenül vakarom a fejem...

molnibalage 2020.03.09. 16:27:49

@ZöldEnergia:
ÖÖÖÖ.

Évi kétszeri betakarítás? És mitől pótolódik vissza a nikkel? Nagy hirtelen megújuló lett?

Rive 2020.03.10. 09:34:38

@molnibalage: ahol ezek a növények szeretnek, ott jellemzően a talaj teljes vastagságában magas koncentrációban tartalmaz nehézfémeket/nikkelt. A növények viszont csak ~ a felső fél métert szövik át, onnan 'dolgoznak'.

Ha 'elfogy' a nikkel a felső részben, akkor vagy lehet várni, hogy lentről pótlódjon, vagy lehet mélyszántást csinálni. De igazából csak a felső rész részleges 'kimerítése' komoly munka lenne. Eszelős mennyiségekről van szó.

molnibalage 2020.03.10. 11:17:28

@Rive: Nem értek a mezőgazdasághoz, de ha elfogy a talaj felső rétegeiből, akkor csak valahonnan máshonnan diffundálva tud fém mozogni, ahogy a tengervízbe az U a földkéregből. De ez rohadt lassú.

Nekem ebből az jön le, hogy ezt kb. 3-4 évig lehet eljátszani és akkor onnantól game over. Tehát ez nem megújuló forrás, aki ebbe belevág nem hosszútávú bevételforrás, és eleve a kérdés az, hogy mennyi ilyen terület van, ami használható.

Sajnos ma minden ilyen dolgot csodaként kezelnek. Nincs olyan single source, ami képes csodát tenni....

Rive 2020.03.10. 11:37:32

@molnibalage: gondolj rá úgy, mint egy használhatatlan, szennyezett terület kitakarítására. Ha lemegy a fémkoncentráció, akkor lehet más növényt _is_ ültetni végre, de addig is volt belőle megélhetés... És ha hagynak a 'takarítónövényből', akkor alacsony is marad a fémkoncentráció (plusz némi zsebpénz).

A hype miatt most épp nehéz megbízható forrásokat találni (én is utálom ezt a fajta ráindulást, mindig teleszemeteli a guglit), de úgy emlékszem, lenne elég terület. Valami számítás rémlik, hogy az elérhető nikkel-mennyiség több nagyságrenddel nagyobb, mint a szükséglet. De most épp nem találom már, hol volt ez.

gigabursch 2020.03.10. 16:22:41

@molnibalage:
Kösz a matekot.
Lusta voltam ehhez.

@Rive:
Én is ezen merengtem.
2-3 kultúrával megtisztított talaj mehet meliorációra, aztán mehet az újabb vetésforgó.