Vědci z Kalifornské univerzity v Berkeley vyvinuli biomineralizační virus, který je schopen extrahovat „vzácné kovy“ z důlních drenážních vod.

Vědci v USA používají modifikované bakteriofágy k extrakci klíčových prvků čistým a opakovaně použitelným způsobem.

Nová ekologická metoda získávání prvků vzácných zemin

Prvky vzácných zemin (RZE) nenápadně zajišťují většinu moderního života: jasné obrazovky, elektromotory, větrné turbíny, super silné magnety. Jejich těžba se však stále provádí pomocí agresivních chemických metod, které za sebou zanechávají kyselé vody, toxické kaly a obrovskou ekologickou stopu. To je v kontextu přechodu k čistší ekonomice těžko ospravedlnitelné.

V této souvislosti skupina vědců pod vedením Kalifornské univerzity v Berkeley zkoumá nečekaný směr: využití virů jako nástroje pro udržitelnou těžbu nerostných surovin. Ačkoli se to může zdát podivné, z vědeckého a ekologického hlediska to dává smysl.

Virus přeprogramován k zachycování klíčových minerálů

Skupina pod vedením profesora Syng Uk Lee, autority v oblasti bioinženýrství, geneticky modifikovala bakteriofág – virus, který napadá pouze bakterie – na „chytrou houbu“, schopnou zachytit prvky vzácných zemin přítomné ve vodných roztocích.

Logika je elegantní:

• Peptid, který váže lanthanidy, funguje jako mimořádně přesný molekulární dráp.
• Elastinový motiv reaguje na malé změny teploty a způsobuje, že virus vypadává v sedimentu.
• Společně vytvářejí kontrolovaný systém zachycování a uvolňování bez použití agresivních chemikálií nebo energeticky náročných procesů.

Při mírném zvýšení teploty se viry aglutinují a přenášejí kovy na dno nádrže. Poté, regulací pH, je uvolňují v téměř čisté formě. To vše se děje v prostředí s nízkou spotřebou energie a bez tvorby toxického odpadu.

První testy s kyselými důlními odpadními vodami, jedním z nejvíce znečišťujících odpadů, byly obzvláště výmluvné: viry ignorovaly nežádoucí kovy a soustředily se výhradně na RZE, a to i při nízkých koncentracích. Je důležité poznamenat, že je bylo možné použít opakovaně, aniž by ztratily účinnost.

Biomining: malý koncept s obrovskými důsledky

Tento přístup je součástí širšího hnutí známého jako biomining, jehož cílem je nahradit tradiční metody těžby nerostných surovin vybranými, naprogramovanými nebo modifikovanými biologickými procesy. Tato myšlenka je pro těžební průmysl velmi aktuální.

Po mnoho let čelí tento průmysl ekologickému a regulačnímu tlaku souvisejícímu s dopady tradiční těžby nerostných surovin, zejména v zemích s vysokou koncentrací zdrojů vzácných zemin. Možnost vytvoření levného, automatizovaného, škálovatelného a prakticky bezodpadového systému otevírá nové příležitosti nejen pro těžbu materiálů ze zdroje, ale také pro zpracování historického odpadu – od kalových nádrží po staré skládky.

Ve Spojených státech je zájem dvojí: ekologický a strategický. Zajištění domácích dodávek vzácných zemin je kriticky důležité pro obnovitelné technologie, komunikaci a obranu. Čistý a reprodukovatelný proces by mohl snížit závislost na dovozu, aniž by docházelo k přenosu znečištění do jiných zemí.

Mimo oblast vzácných zemin: virus pro každý prvek

Platforma vyvinutá týmem Lee má jednu velmi cennou výhodu: univerzálnost. Změnou úseků DNA mohou vědci regulovat afinitu viru k různým kovům:

• Lithium a kobalt, nezbytné pro výrobu akumulátorů.

• Platina, klíčový prvek katalytických neutralizátorů.

• Měď, nezbytná v sítích a obnovitelných zdrojích energie.

• Toxické těžké kovy, jako je rtuť nebo olovo, které se nepochybně používají k čištění vody.

Díky této flexibilitě je systém modulární sadou, kterou lze použít v těžebním průmyslu, při zpracování odpadů, recyklaci elektroniky nebo obnově strategických materiálů v podnicích cirkulární ekonomiky.

Tato myšlenka dobře zapadá do současných trendů, jako je recyklace městského odpadu, boom recyklace elektronického odpadu a hledání řešení pro snížení zátěže tradičních dolů.

Jednoduchý proces implementace

Ve srovnání s těžkou technikou a typickými chemickými reaktory je návrh týmu z Berkeley překvapivě jednoduchý: nádrž, míchadlo a zdroj tepla. Nic zbytečného. Biologie se postará o zbytek.

To usnadňuje použití v odlehlých oblastech, v malých dolech nebo průmyslových čistírnách odpadních vod, kde jsou vyžadována spolehlivá a dostupná řešení. Navíc schopnost virů množit se v bakteriích umožňuje jejich výrobu ve velkém množství bez nutnosti vytvářet složitou infrastrukturu.

Tento aspekt – škálovatelnost bez nutnosti významných kapitálových investic – vzbudil největší zájem vědců, vlád a podnikatelů. Dokonce i velké těžební společnosti již financují některé výzkumy a zkoumají možnost použití tohoto přístupu v regionech, kde je obnova životního prostředí povinným požadavkem.

Potenciál

Ve střednědobém horizontu se tato technologie může stát klíčovým nástrojem dekarbonizace dodavatelského řetězce kriticky důležitých kovů. Energetická transformace vyžaduje obrovské množství vzácných zemin, mědi, lithia a kobaltu, ale pokračování v jejich těžbě současnými metodami není v souladu s principy zdravé planety.

Biomining na bázi modifikovaných virů poskytuje některé chybějící části této skládačky:

• Strategické materiály, které lze recyklovat bez znečištění životního prostředí.
• Vratné a opakovaně použitelné nelineární procesy.
• Místní výroba kovů umožní snížit dopravní stopu.
• Možnost čištění životního prostředí od odpadů, které po desetiletí ničí ekosystémy.
• Biologické nástroje, které lze přizpůsobit novým potřebám v závislosti na vývoji technologií.

Pokud vše půjde podle plánu, tento přístup může usnadnit řešení jednoho z nejobtížnějších dilemat ekologické transformace: jak získat potřebné materiály, aniž bychom opakovali chyby těžebního průmyslu 20. století.

Výzkum stále pokračuje, ale základní myšlenka je jasná: biologie nabízí nečekané způsoby, jak přehodnotit celé odvětví. A ve světě, kde jsou zapotřebí rychlá, čistá a škálovatelná řešení, je to dobrá zpráva.