Współczesna technologia ma swoją ukrytą słabość, którą niewiele osób dostrzega. Smartfony, elektryczne samochody i turbiny wiatrowe – wszystkie te urządzenia łączy zależność od specyficznej grupy pierwiastków. Mowa o metalach ziem rzadkich, które wbrew nazwie wcale nie są tak rzadkie w skorupie ziemskiej, ale ich pozyskiwanie stanowi ogromne wyzwanie ekologiczne i geopolityczne. Problem polega na tym, że ok. 70 proc. światowego wydobycia kontrolują Chiny, co daje im znaczącą przewagę w globalnym łańcuchu dostaw.
Okazuje się, że natura może mieć własne rozwiązanie tego problemu. Badacze z Chińskiej Akademii Nauk dokonali ciekawego odkrycia dotyczącego zwykłej paproci rosnącej w południowych Chinach. Roślina ta potrafi tworzyć w swoich tkankach mikroskopijne kryształy minerałów zawierających właśnie metale ziem rzadkich. To dopiero początek drogi, ale już teraz widać potencjał dla bardziej ekologicznych metod pozyskiwania tych cennych surowców.
Paproć Blechnum orientale może wyprodukować dla nas metale ziem rzadkich
Metale takie jak neodym, dysproz czy prazeodym są niezbędne do produkcji silnych magnesów w silnikach elektrycznych. Znajdują zastosowanie w wyświetlaczach smartfonów, głośnikach, silnikach wibracyjnych i soczewkach aparatów. Niestety, tradycyjne metody wydobycia i przetwarzania są wyjątkowo destrukcyjne dla środowiska, prowadząc do niszczenia wierzchniej warstwy gleby i lokalnej roślinności.
Czytaj też: Te struktury na roślinach są jak balony wypełnione wodą. Przez 100 lat myliliśmy się, co do ich roli
Kolejnym wyzwaniem jest fakt, że metale ziem rzadkich występują w przyrodzie zmieszane z innymi pierwiastkami, co wymaga skomplikowanych procesów chemicznych do ich separacji. To z kolei generuje zanieczyszczenie wody i powietrza w regionach bogatych w te surowce. Geopolityczny aspekt również nie jest bez znaczenia – kontrola tak dużego segmentu rynku przez jeden kraj stwarza ryzyko dla stabilności dostaw w obliczu rosnącego zapotrzebowania na technologie czystej energii.
Przechodząc do samego odkrycia, zespół pod kierownictwem geochemika Liuqinga He zidentyfikował, że paproć Blechnum orientale potrafi naturalnie krystalizować minerały metali ziem rzadkich w swoich nadziemnych tkankach. Jest to tak zwana roślina hiperakumulująca, co oznacza, że może rozwijać się w glebie o ekstremalnych stężeniach metali ciężkich, które dla innych gatunków byłyby śmiertelne.
Co szczególnie interesujące, badania opublikowane w Environmental Science & Technology ujawniły, że paproć wytwarza w swoich tkankach monacyt – minerał, który dotąd powstawał wyłącznie w skałach poddanych wysokim temperaturom i ciśnieniom głęboko pod powierzchnią Ziemi. Teraz okazuje się, że może on tworzyć się w zwykłych warunkach powierzchniowych, w temperaturach i ciśnieniach typowych dla naszego codziennego środowiska.
Warto podkreślić, że minerał powstający w roślinie ma rozmiary nano, co oznacza niezwykle małe cząstki monacytu. To istotne, ponieważ monacyt jest jednym z głównych źródeł metali ziem rzadkich wykorzystywanych przemysłowo. Odkrycie to ujawnia alternatywną ścieżkę powstawania tego minerału w łagodnych warunkach i podkreśla wyjątkową rolę roślin w takich procesach.
Mechanizm działania jest stosunkowo prosty – paproć Blechnum orientale wchłania metale z gleby i wody przez swoje korzenie, akumulując je w nadziemnych częściach. To otwiera drogę do fitominingu, czyli wykorzystania roślin do wydobycia metali z gleby. Koncepcja wydaje się elegancka: zamiast niszczyć środowisko maszynami i chemikaliami, można uprawiać rośliny, które wykonają tę pracę w sposób naturalny.
Cały system działa cyklicznie. Rośliny uprawia się na glebach bogatych w metale ziem rzadkich, pozwala im się akumulować te pierwiastki w liściach i łodygach, a następnie okresowo się je zbiera. Jeśli systemy korzeniowe pozostają nienaruszone, rośliny mogą odrastać, co umożliwia powtarzanie procesu. Gatunki hiperakumulacyjne są naturalnie przystosowane do środowisk o wysokich stężeniach metali ziem rzadkich, więc ich utrzymanie wymaga minimalnej interwencji.
Na obecnym etapie paproć nie produkuje metali ziem rzadkich w ilościach, które miałyby znaczenie komercyjne. Naukowcy muszą opracować efektywną metodę ekstrakcji monacytu z zebranej biomasy roślinnej i rozkładu go na składniki bez znacznych strat. To wyzwanie technologiczne, które prawdopodobnie zajmie lata. Mimo to samo odkrycie potwierdza wykonalność fitominingu i wprowadza innowacyjne, roślinne podejście do zrównoważonego rozwoju zasobów metali ziem rzadkich.