8 دقیقه
پژوهشگران دریافتند که برخی از گونه‌های سرخس قادرند عناصر خاکی کمیاب (REEs) را با تشکیل ذرات میکروسکوپی منازیت — یک کانی حامل REE — در بافت‌های خود متمرکز کنند. این فرایند زیست‌محور میتواند راهی نو و دوستدار محیط‌زیست برای استخراج فلزاتی ایجاد کند که نیروی خودروهای برقی، توربین‌های بادی و بسیاری از دستگاه‌های پیشرفته را تأمین میکنند.
How ferns turn soil metals into microscopic ore
در مطالعات روی گونه Borreria orientale (B. orientale)، دانشمندان ذرات بسیار ریز منازیت را یافتند که پس از قرارگیری طولانی‌مدت در خاک‌های هوازده در ساختارهای گیاهی تجمع یافته بودند. منازیت یک فلدسپاتوئید فسفات است که غنی از عناصر خاکی کمیاب سبک است و معمولاً از سنگ‌های سخت یا ماسه‌های دارای کانی‌های سنگین استخراج می‌شود. نکته شگفت‌آور در این مطالعه جنبه زیستی است: به نظر می‌رسد گیاه بتواند به‌طور مستقیم یک کانی معدنی قابل بهره‌برداری را تهنشین و ذخیره کند.
یافته‌های اولیه نشان می‌دهد که این پدیده ممکن است منحصر به B. orientale نباشد. مشاهدات میدانی حکایت از آن دارد که سرخس دیگری به نام Dicranopteris linearis نیز ممکن است رفتار مشابهی نشان دهد، اما محققان تأکید میکنند که مدارک مستقیم هنوز محدود است و مطالعات مقایسه‌ای بیشتر لازم است تا مشخص شود این توانایی در چه گستره‌ای در میان گونه‌های گیاهی و اکوسیستم‌ها توزیع شده است.
از منظر زیست‌شیمی و ژئوشیمی، تشکیل منازیت در بافت گیاهی مستلزم واکنش‌هایی است که فسفات و یونهای رِرِ ارت (مانند لانتانیدها) را از محلول خاک جدا کرده و در محیطی قرار دهند که رسوب فسفات فلزی ممکن شود. این فرایند میتواند شامل ترشحات ریشه‌ای (root exudates)، میکروارگانیسم‌های همراه، تغییرات پی‌اچ موضعی و واکنش‌های اکسایش-کاهش در ناحیهٔ تماسی ریشه-خاک باشد. چنین سازوکارهای بیومینرالیزاسیون پیش‌تر در مورد کلسیت، اکسید آهن و سیلیکات‌ها شرح داده شدهاند، اما تشخیص مستقیم منازیت در بافت‌های گیاهی گامی جدید در حوزه ژئوبیولوژی است.
روشهای تحلیلی مورد استفاده برای شناسایی منازیت در نمونه‌های گیاهی شامل میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) همراه با تحلیل انرژی‌پراکنش اشعه ایکس (EDS)، پراش پرتو ایکس (XRD) برای مشخصه‌یابی فازهای معدنی، و طیف‌سنجی جرمی با اسپکترومتری القائی (ICP-MS) برای تعیین ترکیب شیمیایی عناصر خاکی کمیاب است. این ابزارها به محققان اجازه می‌دهند که اندازه، شکل، ترکیب و توزیع یکنواخت یا تجمعی منازیت در سطح یا بافت‌های داخلی گیاه را به‌دقت بررسی کنند.
Why this matters for clean energy and critical supply chains
عناصر خاکی کمیاب برای ساخت آهنرباهای دائمی (مانند NdFeB)، سلول‌ها و باتری‌های پیشرفته، و اجزای الکترونیکی حساس حیاتی هستند. این مواد در موتورها و ژنراتورها، کنترل‌کننده‌های قدرت و حسگرهای دقیق به‌کار می‌روند و نقش کلیدی در گذار به اقتصاد کم‌کربن دارند. استخراج و پالایش کنونی این عناصر معمولاً پرهزینه، پرمصرف از نظر انرژی و متمرکز در مناطق معدنی محدود است که میتواند خطرات زیستمحیطی قابل‌توجه و تعارضات ژئوپلیتیکی ایجاد کند.
فیتوماینینگ یا استخراج از طریق گیاهان میتواند به‌عنوان مکملی با تأثیر کمتر نسبت به معادن باز بزرگ عمل کند؛ گیاهان میتوانند REEها را در زیستتوده متمرکز کنند و از ایجاد گودال‌های عظیم و هرج‌ومرج‌های مرتبط با استخراج سطحی جلوگیری کنند. فرآیندهای مبتنی بر زیست، در صورت طراحی و کنترل صحیح، ممکن است مصرف آب و انتشار آلودگی را کاهش دهند و گزینه‌ای بومی برای تنوع‌بخشی به زنجیره تأمین عناصر نادر فراهم سازند.
مهم است توجه شود که فیتوماینینگ مفهوم ساده‌ای نیست: تمرکز عناصر در گیاه باید به حدی برسد که استخراج و بازیابی اقتصادی باشد، فرایند برداشت و بازیابی باید از لحاظ زیستمحیطی و اقتصادی منطقی باشد و خطرات دیگری مانند تجمع عناصر سمی در زنجیره غذایی یا تغییر در اکوسیستم باید مدیریت شود. با این حال، شواهد اولیه‌ای که نشان می‌دهد یک گیاه میتواند منازیت «معدنی» تولید کند، مسیرهای نوینی برای طراحی سیستم‌های فیتوماینینگ هدفمند و پایدار باز می‌کند.
در مقاله‌ای که نویسندگان در مجله Environmental Science & Technology منتشر کرده‌اند آمده است: «این کشف نه‌تنها به درک غنی‌سازی و ذخیره‌سازی REEها طی هوازدگی شیمیایی و بیولوژیکی کمک می‌کند، بلکه امکانات جدیدی برای بازیابی مستقیم مواد عملکردی REE فراهم میآورد. این کار امکان‌پذیری فیتوماینینگ را مستدل می‌کند و رویکردی نوآورانه و مبتنی بر گیاه را برای توسعه پایدار منابع REE معرفی می‌کند.» چنین بیانیه‌ای نشان‌دهنده پتانسیل علمی و کاربردی این یافته برای سیاست‌گذاران، صنعت و پژوهشگران حوزه زنجیره تأمین مواد حیاتی است.
Next steps: from plant ore to usable metals
گام بعدی در مسیر تبدیل «سنگ گیاهی» به فلزات قابل استفاده، توسعه روشهای بازیابی و فرآوری است که بتوانند منازیت را از بافت گیاهی جدا کرده و سپس آن را به اجزای سازنده عناصر خاکی کمیاب تجزیه کنند. چند رویکرد فنی مطرح هستند: سوزاندن کنترل‌شده و تبدیل زیستتوده به خاکستر سپس بازیابی با روشهای هیدرومتالورژیکی؛ هضم شیمیایی با اسیدها یا بازی‌ها و سپس استخراج حلالی؛ فرآیندهای بیولیچینگ یا استفاده از میکروارگانیسم‌ها برای آزادسازی و غنی‌سازی؛ و روشهای مکانیکی-فیزیکی برای جداسازی ذرات معدنی از ماتریس آلی.
هر یک از این مسیرها مزایا و معایب خود را دارند. مثلاً سوزاندن ممکن است آشکارساز و ساده باشد اما با ریسک آزادسازی آلاینده‌ها و نیاز به مدیریت خاکستر همراه است. هضم اسیدی و استخراج حلالی میتواند بازده بالایی داشته باشد اما هزینه و مصرف مواد شیمیایی را افزایش می‌دهد و نیازمند تصفیه و مدیریت پساب است. روشهای بیولوژیکی در صورت بهینهسازی، میتوانند کم‌مصرف‌تر و پاک‌تر باشند اما معمولاً کندتر و حساس به شرایط محیطی‌اند.
یکی از چالش‌های اصلی، مقیاس‌پذیری فرایندهاست: برای اینکه فیتوماینینگ تأثیر واقعی در بازارهای REE داشته باشد، لازم است روشهای کشت، برداشت و پردازش بتوانند با هزینه و کارایی رقابت‌پذیر شوند یا به‌عنوان منابع مکمل در مناطقی که استخراج معدنی اقتصادی نیست، عمل کنند. تحلیل چرخه عمر (LCA)، مطالعه اقتصادی-فنی و بررسی مخاطرات زیستمحیطی برای سنجش اثرات واقعی و تعیین بهترین سناریوهای بهره‌برداری ضروری است.
همچنین باید به مخاطرات آلودگی و بیوسکیوریتی توجه داشت: تجمع عناصر رادیواکتیو یا دیگر آلاینده‌ها در زیستتوده میتواند ریسک‌هایی برای کارگران و محیط‌زیست تولید کند و نیازمند معیارهای سختگیرانه‌ای برای پایش و مدیریت خواهد بود. علاوه بر این، توسعه استانداردها و چارچوب‌های قانونی برای «منابع زیستی معدنی» و محصولات حاصل از فیتوماینینگ اهمیت دارد تا اطمینان حاصل شود که این روش‌ها مطابق با مقررات زیستمحیطی و اقتصادی عمل میکنند.
تحقیقات آینده باید دامنه توزیع قابلیت تشکیل منازیت در گیاهان مختلف را بررسی کند، مکانیسمهای مولکولی و میکروب‌شناختی دخیل را روشن سازد، و روشهای عملیاتی برای برداشت و بازیابی را در مقیاس پایلوت تست کند. مطالعات میان‌رشته‌ای بین بوم‌شناس‌ها، ژئوشیمی‌دان‌ها، مهندسان فرآیند و اقتصاددانان منابع میتواند روشن کند که چگونه این رویکرد میتواند به تنوع‌بخشی زنجیره تأمین عناصر حیاتی کمک کند و ردپای زیستمحیطی تولید مواد استراتژیک را کاهش دهد.
در مجموع، این کشف نقطه تلاقی نوینی بین گیاه‌شناسی، ژئوشیمی و علوم منابع باز می‌کند و مسیر امیدوارکننده‌ای مبتنی بر گیاه برای تأمین مواد مورد نیاز آینده کم‌کربن پیشنهاد می‌دهد. اگر تحقیقات تکمیلی نشان دهند که این پدیده در گستره وسیعی از اکوسیستم‌ها و گونهها وجود دارد و روشهای پردازشی بهینه شوند، فیتوماینینگ مبتنی بر منازیتسازی گیاهی میتواند یکی از ابزارهای متنوع‌سازی منابع عناصر خاکی کمیاب و کاهش وابستگی به معادن سنتی باشد.
منبع: sciencealert
نظرات
پمپزون
تو پروژه کوچک جنگل‌داری دیدم گیاهای خاص فلزات رو جمع میکردن، اما هیچکس منازیت تو بافت نشون نداد؛ اگه ثابت شه، میتونه بازی رو عوض کنه
دیتاپالس
فیتوماینینگ میتونه زنجیره تأمین رو متنوع کنه، ولی مسائل زیستمحیطی و ریسک های ورود به زنجیره غذایی رو نباید دست کم گرفت
لابکور
این واقعاً ممکنه؟ گیاه منازیت بسازه و بعد ما استخراج کنیم؟ شواهد محدود به نظر میاد، نیاز به مقایسه های گسترده‌ست، ولی ایده جذابه...
ارسال نظر