Грибы-добытчики и горы отходов: как получать редкоземельные элементы без классической добычи полезных ископаемых

На фоне растущей геополитической напряжённости вокруг доступа к редкоземельным элементам учёные всё чаще говорят о том, что эти стратегически важные материалы буквально лежат у нас под ногами. Более того, их можно извлекать без бурения шахт, взрывов пород и масштабного разрушения ландшафтов. Новые подходы — от использования грибов до переработки промышленных отходов — обещают радикально изменить саму логику добычи редкоземельных металлов.

Почему редкоземельные элементы так важны

Редкоземельные элементы — это группа из 17 химически схожих металлов, включая диспрозий, иттрий, скандий и церий. Несмотря на название, они не являются по-настоящему редкими: их можно найти практически повсюду в земной коре. Проблема в том, что они встречаются в очень малых концентрациях, поэтому их добыча в больших объёмах традиционными методами чрезвычайно сложна, энергозатратна и экологически вредна.

Тем не менее без этих элементов невозможно представить современную технологическую цивилизацию. Они используются в аккумуляторах, мощных магнитах, ветряных турбинах, солнечных панелях, электромобилях, смартфонах, компьютерах и военной технике. По мере глобального перехода к «зелёной» энергетике спрос на редкоземельные элементы продолжает расти.

Сегодня около 70% мировой добычи и до 90% переработки редкоземельных элементов сосредоточены в Китае. Это создаёт серьёзные риски для других стран, которые всё активнее ищут способы снизить зависимость от импорта и найти альтернативные источники этих металлов.

Редкие элементы без шахт: взгляд в сторону биологии

В одной из лабораторий Венского университета учёные наблюдают за ростом грибов. На первый взгляд — ничего необычного: грибница медленно расползается по субстрату, формируя сложную сеть микроскопических нитей — мицелий. Но именно эти нити способны делать то, что привлекает внимание материаловедов и экологов по всему миру: впитывать редкоземельные элементы.

Эксперимент заключается в том, что грибы выращивают на специально подготовленной глине, насыщенной редкоземельными металлами. Учёные хотят понять, насколько эффективно грибница может «вытягивать» эти элементы из среды. Этот подход получил название «микомайнинг» — грибная добыча.

Смысл идеи в том, чтобы использовать естественные свойства грибов, которые в природе уже умеют аккумулировать металлы и другие вещества. Некоторые виды грибов способны накапливать редкоземельные элементы в заметных концентрациях, не погибая при этом.

Потенциал и ограничения грибной добычи

Авторы концепции подчёркивают: микомайнинг вряд ли полностью заменит традиционную добычу. Концентрация редкоземельных элементов в грибах пока значительно ниже, чем, например, в электронных отходах. Но у метода есть важные преимущества.

Во-первых, грибы растут быстро, не требуют солнечного света и способны выживать в неблагоприятных условиях, включая загрязнённые промышленные зоны. Во-вторых, их можно использовать для очистки загрязнённых земель — процесса, известного как биоремедиация. Таким образом, извлечение редкоземельных элементов может идти параллельно с восстановлением окружающей среды.

После сбора грибную биомассу можно переработать: например, получить биогаз в качестве топлива, а редкоземельные элементы затем извлечь из золы. Это превращает отходы в ресурс и снижает общее воздействие на природу.

При этом остаются вопросы. Масштабное выращивание грибов может повлиять на местные экосистемы. Кроме того, экономическая эффективность пока не доказана: редкоземельные элементы не столь дороги, как золото или платина, а значит, любые альтернативные методы должны быть особенно дешёвыми.

Отходы как скрытые месторождения

Параллельно с биологическими подходами учёные всё чаще обращают внимание на гигантские объёмы промышленных отходов. Золы от сжигания угля, красный шлам (остатки переработки бокситов), хвосты горнодобывающей промышленности — всё это потенциальные «склады» редкоземельных элементов.

По оценкам исследователей, только в золоотвалах США содержатся редкоземельные элементы на сумму более 8 миллиардов долларов. В процессе сжигания угля редкоземельные элементы не испаряются, а наоборот — концентрируются в золе. Аналогичная ситуация наблюдается с красным шламом, объёмы которого измеряются десятками миллионов тонн.

Эти отходы традиционно считаются экологической проблемой: они занимают огромные площади, загрязняют почву и воду и требуют дорогостоящего хранения. Но если научиться извлекать из них ценные элементы, они могут превратиться в экономический ресурс.

Электрический «всплеск»: новая технология извлечения

Одной из наиболее перспективных технологий считается метод импульсного джоулева нагрева. Суть его в том, что материал подвергается кратковременному воздействию электрического тока, из-за чего мгновенно нагревается до сотен или даже тысяч градусов. При этом редкоземельные элементы связываются с хлорсодержащими соединениями и переходят в газовую фазу, откуда их можно собрать.

Преимущество метода — его энергоэффективность и мобильность. Установки можно перевозить на грузовиках и использовать прямо на месте хранения отходов, без необходимости транспортировать сырьё на большие расстояния. Такой подход значительно снижает углеродный след по сравнению с традиционной добычей и переработкой руды.

Пока основной технический вызов заключается в разделении самих редкоземельных элементов между собой, поскольку они химически очень похожи. Это сложная задача, над которой учёные продолжают работать.

Экономика против экологии — или союз?

Одна из ключевых причин, по которой редкоземельные элементы до сих пор редко извлекают из отходов, — экономика. Традиционная добыча зачастую оказывается дешевле, особенно в странах с низкими экологическими стандартами. Но ситуация постепенно меняется.

С ростом спроса на «чистые» технологии и усилением экологического регулирования альтернативные методы начинают выглядеть всё более привлекательными. Особенно если они позволяют одновременно решать две задачи: получать ценные материалы и устранять экологический ущерб прошлого.

Компании, работающие в этой сфере, всё чаще рассматривают комплексный подход. Вместе с редкоземельными элементами они планируют извлекать железо, углерод, алюминий и другие вещества, повышая общую рентабельность проектов.

Редкоземельные элементы и будущее авиации и энергетики

Некоторые из редкоземельных металлов, например скандий, могут существенно изменить целые отрасли. Его добавление в алюминиевые сплавы позволяет значительно снизить массу самолётов — иногда на 15% и более. Это означает меньшее потребление топлива, снижение выбросов и огромную экономию средств.

Подобные примеры показывают, что доступ к редкоземельным элементам — это не только вопрос геополитики, но и ключ к ускорению декарбонизации экономики.

Не замена, а дополнение

Эксперты подчёркивают: ни грибная добыча, ни переработка отходов не станут панацеей. Скорее всего, речь идёт о дополнении к существующим цепочкам поставок. Однако даже частичное покрытие спроса за счёт внутренних источников может значительно снизить зависимость стран от импорта и смягчить международные конфликты.

Кроме того, такие подходы меняют саму философию обращения с ресурсами. Отходы перестают быть проблемой и начинают рассматриваться как временно неиспользованный запас.

От угрозы к симбиозу

Гигантские отвалы золы, красного шлама и хвостов шахт традиционно воспринимаются как экологическое бремя. Но новые технологии позволяют увидеть в них потенциал. Если извлечение редкоземельных элементов из отходов станет экономически жизнеспособным, промышленность и экологи впервые за долгое время могут оказаться по одну сторону баррикад.

То же самое относится и к грибам — организмам, которые в лабораториях часто считаются вредителями. Превратив их в союзников, человечество может сделать шаг к более мягкой, замкнутой и устойчивой модели добычи ресурсов.

Редкоземельные элементы действительно могут оказаться не такими уж редкими. Возможно, всё, что для этого нужно, — научиться смотреть на отходы и природу не как на проблему, а как на часть решения.