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科学家尝试从真菌和废料堆中寻找新的稀土解决方案[40P]




随着各国开始重视稀土矿藏的取得,科学家指出,这些备受觊觎的原材料其实近在眼前——甚至完全不需要传统采矿就可获得。

在奥地利一间实验室里,两位科学家正观察一种真菌的生长。发育中的真菌会形成庞大的微观网络,称为菌丝体(mycelia),钻入四周的缝隙,搜寻、蔓延并摄取养分。真菌透过数以百万计、类似根系的纤细菌丝汲取营养,某些真菌也会吸收其他物质——那些人类想要的东西。

维也纳大学(University of Vienna)的这个实验室里,这株实验用真菌被放在培养皿和透明塑胶袋中,生长于特制黏土之上,黏土刻意掺入了稀土元素。这些抢手的元素被广泛用于电池、磁体、可再生能源设备和各类科技产品。研究人员想知道真菌能否替他们“萃取”出稀土。“或许我们真的能把资源回收。”该校高分子与复合材料工程研究组负责人亚历山大·毕斯马克(Alexander Bismarck)说。

所谓稀土,是指17种性质彼此相近的金属元素,如镝、钇、钪等。尽管称为“稀土”,它们其实并不稀少,而是几乎遍布地表各处。真正的挑战在于,多数地点的浓度都很低,难以大量提取。

随着稀土用途日益广泛,全球关注度不断攀升。美国总统特朗普表示,美国将斥资120亿美元建立稀土“战略储备”,并积极寻求取得乌克兰和格陵兰的稀土矿藏。目前,中国在稀土产业中居于主导地位,约70%的稀土开采与90%的加工都在中国境内完成。

世界各地的研究团队正在寻找取得这些元素的新途径——从利用真菌的力量,到从庞大的工业废弃物堆中分离稀土的技术。所有发达经济体都在不同程度上需要稀土,包括美国在内的许多国家,或许可以在本土从废弃物中回收更多所需稀土,藉此减少甚至免除在国际间为争夺稀土而角力。

毕斯马克表示,维也纳大学实验室内的真菌需要数周才能长成。他和同事、材料科学家米契尔·琼斯(Mitchell Jones)展望未来能在更大规模上运用真菌,例如从遭工业污染的土地中回收稀土。“我们真的可以在相当大的区域进行,而且可用现有农机设备轻松收集这些生物质,”琼斯也坦承这条路还很漫长,“说到底,现在仍有些想象的成分。”

在野外,像牛肝菌这类真菌物种能自然收集稀土元素。
本质上,这是一场对真菌的“再赋能”。真菌在生态系中扮演重要角色,但也可能引发疾病,或在实验室里污染容器和样本。不过,让真菌替人类工作可能是个好主意:它们生命力强、能在黑暗中存活,且生长速度远快于大多数植物,因此特别适合用来清理工业污染场址——这称为生物修复(bioremediation)。而在这个案例中,修复同时伴随有用矿物的回收。毕斯马克和琼斯把此构想称为“真菌采矿(mycomining)”,并于2024年发表论文阐述。
采集之后,真菌可以被加工成沼气作燃料燃烧,并再从生成的灰烬中分离稀土。毕斯马克和琼斯强调,这种回收稀土的方式也许顶多是补充性手段。举例而言,在溶解的电子废弃物(旧电脑与其他设备)中,铈的浓度可能高达5.5万亿分之一(ppb);但在真菌体内,铈的浓度可能仅约 350ppb。此外,大规模栽培真菌可能带来环境风险。“你是否会改变当地的自然微生物群落?这样又可不可以?”琼斯说。

不只他们在研究真菌。亚利桑那大学的奥娜·斯诺延博斯—韦斯特(Oona Snoeyenbos-West)表示,她计划创办一家新创公司,探索利用真菌进行生物修复与关键矿物(特别是稀土和铜)的生物回收。她说,真菌可从工业区及受污染地区取得,这些真菌或已在基因方面适应了吸收相对较高浓度的稀土。

在实验室中,曲霉属(Aspergillus)的真菌被用作“真菌采矿(mycomining)”稀土的模型系统之一。
威斯康辛大学麦迪逊分校(University of Wisconsin–Madison)环境研究副教授、《稀土前线》(Rare Earth Frontiers)的作者朱莉·克林格(Julie Klinger)认为,这些新路径值得尝试:“想办法在不挖坑的情况下取得所需材料,我认为这正是我们的方向。”她提到一项2025年的研究指出,美国工业所需的大量关键矿物(包含稀土)其实已散落在美国各地的废弃物堆中。“若我们以全新角度看待废弃物,关于稀缺与丰裕的图像会截然不同。”

约15年前,法国公司罗地亚(Rhodia)宣布,已开发出从报废萤光灯管中萃取稀土的流程。之后罗地亚被索尔维(Solvay)收购。索尔维的发言人表示,随着LED照明普及,丢弃的萤光灯管大幅减少,公司如今已不再以该方式回收稀土。

但可利用的废料依然很多。采矿后的尾矿可能是稀土的“热点”,例如美国加州的山口关(Mountain Pass)稀土矿尾矿。克林格建议,可直接再加工尾矿,以取得其中残留的稀土。

“我认为我们所需的一切稀土,都在废弃物里。”得州莱斯大学(Rice University)化学、电脑科学与材料科学纳米工程教授詹姆斯·图尔(James Tour)说。他和同事开发出一种流程,可从多种来源(包括废弃磁体)回收稀土。

该方法名为瞬间焦耳加热(flash joule heating):透过电流让材料在极短时间内升至高温;材料的电阻产生焦耳热,使其温度达数百甚至数千摄氏度。

被加热材料中的目标元素会与含氯化合物键结。“我们让它黏上氯,接着它会以气相形式挥发出来,我们再把它捕捉。”将该技术授权进行产业应用的Metallium公司执行长麦可·沃尔许(Michael Walshe)说。

图尔补充:“我认为这能适用于所有稀土磁体。我们已在几种最常见的型号上测过,都有效。”

作为传统采矿来源的稀土矿石,在处理过程中需要耗费大量能源与资源。
这套瞬间焦耳加热技术也能应用于含稀土的燃煤灰(coal ash)与铝土矿赤泥(bauxite residue/red mud)。与传统自矿石提取稀土的流程相比,它所需的能源少多了,而且设备可携带、可机动部署,“我们能把设备组装在滑橇底座上,直接装上卡车。”图尔说。不过,要把化学性质极为相近的稀土彼此分离,仍是“最难的部分”。

得州大学奥斯汀分校(University of Texas at Austin)经济地理局的水文地质学家布丽姬·斯坎隆(Bridget Scanlon)指出,美国境内累积了数以百万吨计含稀土的煤灰与赤泥。“燃烧煤炭的过程会浓缩稀土,因为稀土被残留在灰里。”她和同事在2023年发表研究,估算仅美国的煤灰堆中所含稀土的价值就达84亿美元。

她同时表示,美国约有3000万吨赤泥,其中稀土浓度约为天然地壳的10-20倍。斯坎隆的学校正与ElementUSA合作,开发从包括赤泥在内的废料中提取稀土的方法。该公司执行长艾利斯·沙利文(Ellis Sullivan)表示,具体流程属于商业机密,但会使用酸浸和溶剂萃取,以不同溶剂分相分离物质。


传统的稀土采矿过程往往会产生污染。
ElementUSA计划尽可能回收镓(gallium)和钐(scandium)。以钐为例,它可用于降低飞机质量的金属合金,潜在减重可达15%或以上,从而减少燃料消耗与航空排放。沙利文表示,原型工厂预计2028年开始运转,全规模工厂则将在2029年底或2030年初跟进。

克林格认为上述方法都前景可期。但她也强调:之所以会有如此多稀土“躺”在废料中,正是因为至今从废料中回收的成本或技术门槛较高,往往不如传统采矿划算。尽管稀土用途广泛,其价格其实不如某些金属那般高昂。“真正棘手的是,稀土的价格定位和白金、黄金等金属本质不同。”她说。

这也解释了为什么各个计划都在思考,是否能同时回收其它材料来提高经济性。例如:煤灰中的碳可用于制作滤水器。沙利文表示,除了镓与钐之外,ElementUSA也打算从赤泥中回收铁,另一方面,透过真菌回收稀土所产生的沼气也具有燃料价值。

一旦其中任何一条路径被证明经济可行,收获将非常可观。不仅各国或可在国内取得更多稀土、降低进口依赖,还可能同步整治受污染环境。

传统上,巨量的煤灰、尾矿与赤泥难以处理且成本高昂。但若新流程能在回收稀土的同时完成环境修复,产业界和环保人士或许就不再为“如何处置废料”而对立了,反而能形成一种“共生”。克林格补充道:就像把真菌从威胁变成了盟友。
防水图








































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DMCA / ABUSE REPORT | TOP Posted: 02-16 16:06 樓主 引用 | 發表評論
归来的奥特曼


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苏筱熙


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支持了哦
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歪瑞古德


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戏志才


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感觉骗的面大
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莲香西欲


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感谢分享,还是看图片吧
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烈焰白主


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防水图真嫩
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wang_147258


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稀土哪里都有,但是稀土分很多类型,主要是后期再分离加工 ,污染太重。。。就像是买个馒头1元,自己动手做成本反而超过1元。。。
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父皇


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tomyboy


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TOP Posted: 02-16 20:19 #10樓 引用 | 點評
安文


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这是个问题啊


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沉睡的木玛


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鸭打鹅


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发帖辛苦
TOP Posted: 02-16 21:14 #14樓 引用 | 點評
餐企服务商


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TOP Posted: 02-16 21:17 #15樓 引用 | 點評
人老菊如墨


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好像那只能停留在实验室了
TOP Posted: 02-16 21:29 #16樓 引用 | 點評
ztwbaba


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TOP Posted: 02-16 22:14 #17樓 引用 | 點評

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