آمهرست، ماساچوست - پول روی درختان رشد نمی کند. اما به زودی مواد معدنی مورد استفاده در باتری خودروی برقی شما ممکن است.
نگرانی‌ها در مورد تسلط چین بر مواد معدنی حیاتی، دانشمندان و شرکت‌های غربی را به سمت راه‌های نوآورانه‌تر برای توسعه منابع جایگزین سوق داده است.
یکی از این تلاش‌ها به دنبال بهره‌برداری از یک ویژگی خاص طبیعت است: گیاهان خاصی به نام ابرانباشتگرها، مقادیر زیادی مواد معدنی مانند نیکل و روی را از خاک جذب می‌کنند. کشت این گیاهان و سپس سوزاندن آنها برای به دست آوردن فلزاتشان، می تواند جریان کوچکی از مواد معدنی با منشاء داخلی را بدون هزینه و تخریب محیط زیستی استخراج معمولی، در اختیار شرکت های آمریکایی قرار دهد.
اولین وانگ، مدیر سابق ARPA-E، آژانس وزارت انرژی که 10 میلیون دلار برای یافتن راه هایی برای امکان پذیر کردن کشاورزی نیکل در ایالات متحده اختصاص می دهد، گفت: «وقتی در این رقابت شدید قرار داریم، باید به روش های جایگزین فکر کنیم. این یک فضای خالی تکنولوژیکی است که به طور بالقوه می تواند متحول کننده باشد.»
در یک گلخانه در آمهرست، اساتید از این بودجه برای انجام ویرایش ژن برای ساخت یک گیاه دانه روغنی جدید و سریع الرشد که نیکل را جذب می کند، استفاده می کنند. در صورت موفقیت، این گیاه می‌تواند برای برداشت فلز از خاک‌های غنی از مواد معدنی در ایالت‌هایی مانند مریلند و اورگان مورد استفاده قرار گیرد.
در همین حال، یک استارت‌آپ آمریکایی به نام متالپلنت به دوازده کشاورز در آلبانی پول می‌دهد تا با استفاده از یک گونه گیاهی محلی، نیکل پرورش دهند. این شرکت در حال ویرایش ژن‌های این گیاهان برای سازگار کردن آنها با ایالات متحده است.
اریک ماتزنر، مدیر اجرایی این شرکت گفت: «این می‌تواند نحوه تفکر ما در مورد معدن در آینده را تغییر دهد.»
حدود 10 میلیون هکتار خاک بایر و غنی از نیکل در سراسر ایالات متحده پراکنده شده است. در چنین مناطقی، غلظت مواد معدنی به طور کلی برای توجیه معدنکاری در مقیاس بزرگ بسیار کم است، اما می تواند فرصتی برای کشاورزی ارزان قیمت نیکل فراهم کند.
در مورد فیتوماینینگ نیکل، همانطور که این تلاش ها شناخته می شوند، گیاهان خشک و سوزانده می شوند و یک کنسانتره نیکل خاکستری باقی می ماند. این کنسانتره سپس می تواند بیشتر تصفیه شده و به مواد درجه باتری تبدیل شود.
مطمئناً، فیتوماینینگ در مقیاس کوچکی انجام می شود. شرکت های فعال در این زمینه، برداشت حدود 300 پوند نیکل در هر هکتار در سال را هدف قرار می دهند که تقریباً برای شش باتری خودروی برقی کافی است.
اما بودجه برای گیاهان کشاورزی نیکل، بخش کوچکی از تلاش گسترده دولت ایالات متحده برای توسعه منابع امن مواد معدنی مورد نیاز برای دفاع و صنعت پیشرفته است و حوزه ای است که چین در آن مسلط است.
در سال‌های اخیر، شرکت‌های استخراج و فرآوری چینی تقریباً انحصار مواد معدنی مورد استفاده در باتری‌ها، لیزرها و بمب‌ها را به دست آورده‌اند، تا حدی به دلیل هزینه‌های پایین‌تر و فناوری پردازش برتر این شرکت‌ها.
بسیاری از تلاش‌های غربی برای مقابله با این وضعیت با شکست مواجه شده است. هزینه‌های سنگین و مقررات زیست‌محیطی مربوط به راه‌اندازی معادن در کشورهای ثروتمند، معدنچیان آمریکایی را ناامید کرده است. ایالات متحده در حال حاضر تنها یک معدن نیکل فعال دارد، معدن ایگل در شمال میشیگان، اما قرار است در سال 2029 بسته شود.
در سال‌های اخیر، معادن نیکل در برزیل، کالدونیای جدید و استرالیا تعطیل شده‌اند و نتوانسته‌اند با پالایشگاه‌های ارزان قیمت چینی رقابت کنند. بر اساس اعلام Benchmark Mineral Intelligence، امروزه شرکت های چینی حدود 54 درصد از عرضه جهانی نیکل تصفیه شده را کنترل می کنند، در حالی که این رقم در سال 2015، 34 درصد بوده است. شرکت های آن حتی سهم بیشتری از مواد معدنی کلیدی فناوری مانند لیتیوم، کبالت و خاک های کمیاب را کنترل می کنند.
چین اخیراً با محدود کردن صادرات مواد معدنی استراتژیک مانند آنتیموان و گالیوم که در نیمه هادی ها و تسلیحات استفاده می شوند، به ایالات متحده، قدرت خود را به نمایش گذاشته است. پکن ممکن است دوباره در واکنش به تعرفه های جدید کالاهای چینی که توسط رئیس جمهور ترامپ مطرح شده است، از این تاکتیک استفاده کند.
در پاسخ، ایالات متحده صدها میلیون دلار برای تلاش‌های مرسوم مانند حفاری برای یافتن ذخایر معدنی زیرزمینی و ساخت تاسیسات پالایش داخلی هزینه می‌کند. اما بررسی‌های زیست‌محیطی برخی از تلاش‌ها را کند کرده است، در حالی که معدنچیان داخلی با هزینه‌های تولید بالاتری نسبت به رقبای چینی مواجه هستند که سرمایه‌گذاران را می‌ترساند.
در جستجوی منابع جایگزین فلزات، سازمان‌های دولتی ایده‌هایی را که زمانی عجیب و غریب تلقی می‌شدند، تأمین مالی می‌کنند.
در سال 2023، ARPA-E مبلغ 5 میلیون دلار برای بررسی استخراج مواد معدنی مانند عناصر خاکی کمیاب که برای سیستم های رادار و موشک حیاتی هستند، از جلبک دریایی اختصاص داد. برنامه دیگری از وزارت دفاع به دنبال طراحی میکروب هایی برای جدا کردن عناصر خاکی کمیاب از سنگ معدن است.
روفوس چنی، یک متخصص زراعت که بسیاری او را پدر فیتوماینینگ می دانند، زمانی که در دهه 1980 روی رفع آلودگی خاک کار می کرد، به ایده ای دست یافت. آیا او می تواند از گیاهان ابرانباشتگر برای حذف نیکل از معادن و سپس برداشت آن از گیاهان استفاده کند؟
چنی که دهه‌ها به تحقیق در زمینه پاکسازی خاک‌های آلوده برای وزارت کشاورزی ایالات متحده پرداخته است، گفت: «شما همزمان با فروش نیکل سود می برید و خاک را پاکسازی می کنید.»
با این حال، زمانی که چنی با یک شرکت معدنی برای پاکسازی خاک در نزدیکی یک معدن در کانادا همکاری کرد، دریافت که ریشه های گیاه عمیق تر از لایه های بالایی خاک آلوده کشیده شده اند، بنابراین موفق به جذب رسوبات نیکل نشدند. چنی به این نتیجه رسید که فیتوماینینگ باید در جایی استفاده شود که نیکل به طور طبیعی در عمق خاک یافت می شود.
یک شرکت خصوصی از تحقیقات چنی برای تلاش برای فیتوماینینگ نیکل استفاده کرد، اما تا سال 2009 این گیاه به یک گونه مهاجم تبدیل شده بود و فراتر از مزارع کاشته شده گسترش یافته و با گیاهان بومی رقابت می کرد. مقامات اورگان این گیاه را که با نام آلیسوم شناخته می شود، یک علف هرز مضر اعلام کردند و به هر کسی که با آن مواجه شد، دستور دادند با خط تلفن گونه های مهاجم ایالت، با شماره "1-866-مهاجم" تماس بگیرد.
برت رابینسون، استاد دانشگاه کانتربری نیوزیلند، یکی از نویسندگان مقاله ای ده ساله با عنوان "فیتواستخراج: عمل کجاست؟" است. این مقاله به این نتیجه رسید که فیتوماینینگ ناکارآمد است، تا حدی به دلیل هزینه های مربوط به جمع آوری سنگ معدن از مزارع پراکنده و تحویل آن به ذوب نیکل.
او در مورد برنامه جدید دولت آمریکا گفت: «صادقانه بگویم، از تجدید علاقه شگفت زده شدم.»
اکنون، تعدادی از شرکت های خصوصی در تلاشند تا از اشتها برای مواد معدنی که هم از نظر زیست محیطی پایدار و هم عاری از نفوذ چین هستند، بهره برداری کنند.
نیکلی که از گیاهان بازیابی می شود، در حال حاضر از نظر شیمیایی خالص تر از نیکلی است که از استخراج معمولی به دست می آید و در صرفه جویی در انرژی و فرآوری پرهزینه صرفه جویی می کند.
یکی از ابتکارات فیتوماینینگ، Botanickel، یک همکاری بین Econick، یک شرکت بیوتکنولوژی، و Aperam، یک شرکت فولادی مستقر در لوکزامبورگ است که در جستجوی نیکل سازگار با محیط زیست است.
Botanickel گلخانه هایی در اروپا و مالزی دارد که در آن گیاه جاذب نیکل را پرورش می دهد که به نام Phyllanthus Rufuschaneyi نامگذاری شده است، به نام چنی، که به این شرکت مشاوره می دهد. این شرکت امیدوار است در اسرع وقت تولید را تجاری کند.
تیمی به سرپرستی ام پراکاش دهانکر، یک متخصص بیوتکنولوژی گیاهی در دانشگاه ماساچوست آمهرست، اخیراً 1.3 میلیون دلار بودجه از ایالات متحده دریافت کرده است تا سعی کند یک گیاه دانه روغنی را با مواد ژنتیکی گیاه جاذب نیکل که توسط مقامات اورگان یک علف هرز مضر تلقی شده است، آغشته کند.
تیم دهانکر باید مجموعه ژن‌های درگیر در جذب نیکل را جدا کرده و سپس آنها را به یک گیاه کاملاً جدید منتقل کند. نیکل برای گیاهان سمی است، بنابراین مصرف نیکل می تواند گیاه دانه روغنی را از بین ببرد. در نتیجه، تیم دهانکر باید ژن هایی را شناسایی کند که جریان نیکل را به واکوئل های مرکزی، بخش هایی از سلول های گیاهی که به عنوان محل های دفن زباله عمل می کنند، هدایت می کنند، جایی که نیکل می تواند با خیال راحت ذخیره شود.
آنها با گرفتن ژن‌های جاذب نیکل از آلیسوم و قرار دادن آنها در گیاه دانه روغنی، که به طور گسترده در آمریکای شمالی کشت می شود، امیدوارند از تبدیل شدن آن به نوع مضری که باعث عقب نشینی مقامات ایالتی شده است، جلوگیری کنند.
اگر دهانکر موفق شود، کشاورزانی که محصول او را در خاک های غنی از نیکل اورگان یا مریلند می کارند، می توانند هم از روغن دانه که در سوخت زیستی استفاده می شود و هم از نیکل درآمد کسب کنند.
در یک روز اخیر، آزمایشگاه و گلخانه شاهد هیاهوی فعالیت بودند. یک محقق فوق دکترا گیاهی را که در معرض نیکل قرار گرفته بود، آسیاب کرد تا RNA آن را استخراج کند تا تیم بتواند بفهمد که چگونه قرار گرفتن در معرض نیکل ژن‌های آن را تغییر می‌دهد.
دهانکر گفت: «هدف ما داشتن حداکثر تجمع است.»
برای تماس با جان امونت به [email protected] ایمیل بزنید