Biomining is het soort techniek dat wordt beloofd door sciencefiction:een enorme tank gevuld met micro-organismen die metaal uit erts uitlogen, oude mobiele telefoons en harde schijven.

Het klinkt futuristisch, maar het wordt momenteel gebruikt om ongeveer 5% van 's werelds goud en 20% van 's werelds koper te produceren. Het wordt ook in mindere mate gebruikt om nikkel te extraheren, zink, kobalt en zeldzame aarde-elementen. Maar misschien is het meest opwindende potentieel het extraheren van zeldzame aardelementen, die cruciaal zijn in alles, van mobiele telefoons tot technologie voor hernieuwbare energie.

De Mary Kathleen-mijn, een uitgeputte uraniummijn in het noordwesten van Queensland, bevat naar schatting A $ 4 miljard aan zeldzame aardelementen. Biomining biedt een kosteneffectieve en milieuvriendelijke optie om het eruit te krijgen.

Biomining is zo veelzijdig dat het op andere planetaire lichamen kan worden gebruikt. Bio-uitloogstudies op het internationale ruimtestation hebben aangetoond dat micro-organismen uit extreme omgevingen op aarde een grote verscheidenheid aan belangrijke mineralen en metalen uit rotsen kunnen uitlogen wanneer ze worden blootgesteld aan de kou, warmte, straling en vacuüm van de ruimte.

Sommige wetenschappers geloven zelfs dat we andere planeten niet kunnen koloniseren zonder de hulp van biomining-technologieën.

Hoe werkt het?

Biomining vindt plaats in grote, gesloten, geroerde tankreactoren (bioreactoren). Deze apparaten bevatten over het algemeen water, micro-organismen (bacteriën, archaea, of schimmels), erts materiaal, en een bron van energie voor de microben.

De benodigde energiebron hangt af van de specifieke microbe die nodig is voor het werk. Bijvoorbeeld, goud en koper worden biologisch "uitgeloogd" uit sulfidische ertsen met behulp van micro-organismen die energie kunnen ontlenen aan anorganische bronnen, via de oxidatie van zwavel en ijzer.

Echter, zeldzame aardelementen worden biologisch uitgeloogd uit niet-sulfidische ertsen met behulp van micro-organismen die een organische koolstofbron nodig hebben, omdat deze ertsen geen bruikbare energiebron bevatten. In dit geval, suikers worden toegevoegd om de microben te laten groeien.

Alle levende organismen hebben metalen nodig om basale enzymreacties uit te voeren. Mensen halen hun metalen uit de sporenconcentraties in hun voedsel. microben, echter, metalen verkrijgen door ze op te lossen uit de mineralen in hun omgeving. Dit doen ze door organische zuren en metaalbindende verbindingen te produceren. Wetenschappers exploiteren deze eigenschappen door microben in oplossing te mengen met ertsen en het metaal te verzamelen terwijl het naar de top drijft.

De temperatuur, suikers, de snelheid waarmee de tank wordt geroerd, zuurgraad, koolstofdioxide- en zuurstofniveaus moeten allemaal worden gecontroleerd en nauwkeurig worden afgesteld om optimale werkomstandigheden te bieden

De voordelen van biomining

Traditionele mijnbouwmethoden vereisen agressieve chemicaliën, veel energie en produceren veel vervuilende stoffen. In tegenstelling tot, biomining verbruikt weinig energie en produceert weinig microbiële bijproducten zoals organische zuren en gassen.

Omdat het goedkoop en eenvoudig is, biomining kan effectief gebruik maken van laagwaardige bronnen van metalen (zoals mijnafval) die anders oneconomisch zouden zijn met traditionele methoden.

Landen wenden zich steeds meer tot biomining zoals Finland, Chili en Oeganda. Chili heeft veel van zijn koperrijke ertsen uitgeput en maakt nu gebruik van biomining, terwijl Oeganda al meer dan tien jaar kobalt wint uit kopermijnafval.

Waarom hebben we zeldzame aardelementen nodig?

De zeldzame aardelementen omvatten de groep van 15 lanthaniden aan de onderkant van het periodiek systeem, plus scandium en yttrium. Ze worden veel gebruikt in zowat alle elektronica en worden steeds meer gevraagd door de elektrische voertuigen en hernieuwbare energie-industrieën.

De unieke atomaire eigenschappen van deze elementen maken ze bruikbaar als magneten en fosforen. Ze worden gebruikt als sterke lichtgewicht magneten in elektrische voertuigen, windturbines, harde schijven, medische apparatuur en als fosforen in energiezuinige verlichting en in de leds van mobiele telefoons, televisies en laptops.

Ondanks hun naam, zeldzame aardelementen zijn niet zeldzaam en sommige zijn zelfs overvloediger dan koper, nikkel en lood in de aardkorst. Echter, in tegenstelling tot deze primaire metalen die ertsen vormen (een van nature voorkomend mineraal of gesteente waaruit gemakkelijk een nuttige stof kan worden gewonnen), zeldzame aardelementen zijn wijd verspreid. Om economisch haalbaar te zijn, worden ze over het algemeen gewonnen als secundaire producten naast primaire metalen zoals ijzer en koper.

Meer dan 90% van 's werelds zeldzame aardelementen komt uit China, waar productiemonopolies, handelsbeperkingen en illegale mijnbouw hebben ervoor gezorgd dat de prijzen in de loop der jaren sterk fluctueren.

Rapporten van het Amerikaanse ministerie van Energie, Europeese Unie, en de Amerikaanse inlichtingencommissie hebben verschillende zeldzame aardelementen bestempeld als kritieke materialen, op basis van hun belang voor schone energie, hoog leveringsrisico, en gebrek aan vervangers.

Deze rapporten moedigen onderzoek en ontwikkeling aan naar alternatieve mijnbouwmethoden, zoals biomining, als een mogelijke mitigatiestrategie.

Luisterend naar deze oproepen, laboratoria in Curtin, en Berkeley Universities hebben micro-organismen gebruikt om gewone mineralen die zeldzame aarde-elementen bevatten op te lossen. Deze pilot-schaalstudies hebben veelbelovende resultaten opgeleverd, met extractiesnelheden die dichter bij die van conventionele mijnbouwmethoden komen.

Omdat de meeste elektronica een notoir korte levensduur en slechte recyclebaarheid hebben, laboratoria experimenteren met 'urban' biomining. Bijvoorbeeld, bioleaching-onderzoeken hebben succes opgeleverd bij het extraheren van zeldzame aardelementen uit het fosforpoeder dat fluorescerende bollen bekleedt, en het gebruik van micro-organismen om zeldzame aardelementen te recyclen uit elektronisch afval, zoals magneten van harde schijven.

De zeldzame aardelementen zijn cruciaal voor de toekomst van onze technologie. Biomining biedt een manier om deze waardevolle hulpbronnen te verkrijgen op een manier die zowel ecologisch duurzaam als economisch haalbaar is.

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation. Lees het originele artikel.