Фермерская металлургия

Часть Первая: «Зеленые» альтернативы для добычи металла

Агромайнинг, фитомайнинг – слова, пока еще для нас не привычные. Так же мало кому знаком тот вид деятельности, который ими обозначается. Если его обозначить буквально на русский манер, то речь идет о «фермерском», сельскохозяйственном способе добычи… металлов. Это также звучит непривычно, поскольку в нашем сознании трудно соединить в единое целое сельское хозяйство и металлургию. Однако и то, и другое прекрасно соединяются, если мы изменим подходы к процессу извлечения металлов. И выяснится, что и фермеры вполне могут выращивать на полях сырье для выплавки целой линейки весьма ценных в наше время металлов.   

С этими непривычными и в чем-то – головокружительными - инновациями меня познакомили еще лет десять тому назад сотрудники Института химии твердого тела и механохимии СО РАН. Они как раз занимались исследованием растительной биомассы на предмет извлечения из нее ценных компонентов. В их число входили и металлы. Металлы, как и другие вещества, также накапливаются в отдельных частях растений, а некоторые виды могут накопить их столько, что по процентному составу они будут превосходить даже самые ценные руды. Это свойство ученые обнаружили еще в позапрошлом веке, но методы извлечения металлов, накопленных растениями, стали разрабатываться относительно недавно.

По словам ученых, существует порядка 750 видов растений, способных активно и без всякого вреда для себя «высасывать» различные металлы из почвы и накапливать их в своих тканях и в соке. В науке их принято называть «гипераккумуляторами». По большей части гипераккумуляторы накапливают какой-то один металл (в первую очередь это относится к никелю). Но есть и такие, которые накапливают несколько металлов в определенном диапазоне. Например, есть травы, извлекающий поначалу самый распространенный в земле металл, после чего они переключаются на другие металлы.

В силу указанных свойств гипераккумуляторы могут хорошо расти на почвах, загрязненных тяжелыми металлами, например, на месте заброшенных рудников. «Нормальные» растения в таких местах почти не приживаются, в то время как гипераккумуляторы нормально себя чувствуют, одновременно содействуя восстановлению почвы. Получается двойная польза: восстановление почв и получение биомассы, содержащей ценный металл в приличных концентрациях. К примеру, на почвах, сильно загрязненных никелем (где не могут расти «нормальные» растения) биомасса из выращенных здесь гипераккумуляторов после сжигания даст золу, в которой концентрация никеля будет достигать 25% и выше. Столько же никеля может содержать млечный сок дерева Pycnandra acuminata, растущего в Новой Каледонии.  

Собственно, изначально растения-гипераккумуляторы рассматривались в качестве средства для естественной, биологической очистки почв от тяжелых металлов. Но затем эта идея получила дальнейшее развитие, и было предложено использовать тот же прием для организации коммерческих предприятий по извлечению металлов из растительной биомассы. Пока о тонкостях технологии говорить не будем. Оценим сам креативный подход к «рудной» теме. Как мы понимаем, она очень хорошо вписывается в экологическую тематику, а значит, отражает современные технологические тренды. Именно по этой причине ученые уверены в том, что «растительная металлургия» не просто имеет право на жизнь, но и открывает дверь в будущее.

На первый взгляд, это выглядит как очередное чудачество, не имеющее серьезного практического смысла. Действительно, на фоне тех масштабов, которые демонстрирует нам добывающая индустрия, какие-то фермерские поля по «выращиванию» никеля кажутся совсем уж провинциальной затеей, отдающей Средневековья. Думаю, сегодня под таким заявлением подпишутся многие, поскольку благодаря громким заявлениям новой американской администрации нас как будто опять возвращают в век индустриального бума. Как мы знаем, к девизу «Бури, детка, бури!» добавился новый лозунг: «Копать, копать и копать!». Какой уж тут агромайнинг? Нельзя сомневаться, что инициаторы «возвращения величия Америки» - в противовес борцам за экологию – вновь пустят тяжелую технику на пока еще пустующие просторы, организуя там новые открытые карьеры по добыче руды. Дело как будто к этому и идет.

Впрочем, не стоит думать, что оппоненты новой администрации из числа борцов за безуглеродное будущее не нацелены на то же самое. Самое парадоксальное, что как раз «зеленый» энергопереход требует существенно нарастить добычу руд. Здесь всё понятно: электрификация автомобильного транспорта и расширение доли ВИЭ резко повышают спрос на литий, никель и медь.  Особенно – на медь. В 2023 году мировая добыча меди составила 22 миллиона тонн, что на 30% больше, чем в 2010 году. Как утверждают аналитики, если все планы по электрификации будут реализованы, то к 2050 году годовой спрос на медь достигнет 50 млн тонн. То есть добычу меди придется увеличить более чем в два раза! И это при том, что запасы медных руд уже серьезно истощены.

Но дело даже не в этом. Борцов за «зеленое» будущее ставит в затруднительное положение сам факт того, что «чистая» энергия требует значительного увеличения добычи цветных металлов. Производство меди само по себе далеко небезупречно с точки зрения экологии, поскольку здесь используются кислоты, загрязняющие реки и почву. В ведущих странах-производителях, таких как Чили, Перу и Конго, уже уничтожены целые популяции диких животных и нанесен ущерб здоровью людей. Поэтому перспективы удвоения добычи меди уже сейчас начинают ужасать экологов, которые теперь открыто признаются в том, что переход на «чистую» энергию таит в себе опасные последствия для окружающей среды.

Такое развитие событий ставит под сомнение экологический смысл «зеленого» энергетического перехода. Поэтому его сторонники пытаются как-то выйти из положения, предложив по-новому взглянуть на развитие самой добычи металлов. Ведь если ничего не менять, то покрытие растущего спроса на ту же медь обернется масштабным экологическим ущербом. Критики «зеленой революции», кстати, не дремлют и постоянно обращают внимание на этот губительный аспект энергоперехода (о чем мы уже писали).

Как раз по этой причине эксперты начали искать экологически приемлемые методы добычи необходимых металлов. Один из них связан с поиском подземных резервуаров, содержащих богатые медью растворы. Обычно они образуются в вулканических системах, которые могут стать дополнительным источником геотермальной энергии. Эти растворы можно закачивать на поверхность, используя для этого указанные геотермальные ресурсы. То есть это будут шахты, имеющие автономное энергоснабжение, что само по себе снижает так называемый углеродный след (а в перспективе содействует развитию геотермальной энергетики).

Но всё же этого будет недостаточно, чтобы безболезненно покрыть растущий спрос на необходимую линейку металлов. В этой связи некоторые ученые обратились к «биологическим» методам добычи, то есть к агромайнингу. Наиболее продуктивное предложение на этот счет – выращивать растения-гипераккумуляторы на месте бывших рудников, чтобы с их помощью извлекать металлы из загрязненной почвы. Таким же способом можно извлекать металл из низкосортных медных руд.

Пока что эксперты с осторожностью предлагают этот метод, рассматривая его лишь как дополнение к традиционной добыче, то есть о замене традиционных методов пока что речь не идет. Агромайнинг, при всей его привлекательности, полностью оправдывает себя в контексте рекультивации почв. Получаемый из биомассы металл является в этой схеме скорее дополнительным бонусом, нежели основной целью. Главное, что вы получаете в итоге здоровую и плодородную почву. Примерно так же выглядит этот биологический метод при эксплуатации низкосортных месторождений, поскольку он не имеет тех губительных последствий, какие происходят при обычной обработке низкосортной руды.

Надо сказать, что специалисты пока не уверены, может ли агромайнинг полностью заменить традиционную добычу. Его рассматривают исключительно как нишевую отрасль. Тем не менее, высказываются предположения, что в условиях растущего спроса на металлы придется включить на полную катушку все доступные способы, включая агромайнинг. Иным словами, острую нехватку металлов (меди, никеля, кобальта и других) можно будет восполнять через указанные фермерские способы. Рынок будет готов принять все объемы. Отсюда вытекает надежда на возможность нормальной коммерциализации агромайнинга. Следовательно, «зеленый» энергопереход косвенно влияет на развитие данного направления. Но он не ставит его во главу угла. 

В этой связи у нас остаются вопросы. Может ли агромайнинг и в самом деле произвести подлинную революцию в добыче металла и стать серьезным видом деятельности для фермеров? Всё-таки, этот способ как никогда лучше вписывается в параметры Шестого технологического уклада, когда новейшие технологии способствуют не только снижению экологических проблем, но запускают процесс в обратном, благотворном направлении. Даже если речь идет о добыче металлов.

Николай Нестеров

Окончание следует