니켈은 나무에서 자라지 않을 수도 있지만 언젠가는 식물을 이용해 채굴할 가능성이 있습니다. 많은 식물 종은 자연적으로 금속을 흡수하여 조직에 농축시키며, 새로운 자금은 이 특성을 식물 기반 채굴 또는 피토마이닝에 사용하는 방법에 대한 연구를 지원할 것입니다.
7개의 식물채광 프로젝트 방금 미국 에너지부 산하 에너지 고등 연구 계획국(ARPA-E)으로부터 990만 달러의 자금을 지원받았습니다. 목표는 어떤 식물이 채굴에 도움이 될 수 있는지 더 잘 이해하고 연구자들이 어떻게 식물을 조정하여 미래에 필요한 모든 중요한 금속을 손에 넣을 수 있는지 확인하는 것입니다.
전기 자동차에 사용되는 리튬 이온 배터리에 필수적인 니켈과 같은 금속은 수요가 많습니다. 하지만 그 수요를 충족시키기 위해 새로운 광산을 건설하는 것은 어려울 수 있습니다. 광산 산업은 역사적으로 환경 문제로 인해 종종 지역 사회의 반발에 직면해 왔기 때문입니다. 새로운 광산 기술은 중요한 금속의 공급을 다양화하는 데 도움이 될 수 있으며 잠재적으로 기존 광산에 대한 대안을 제공할 수 있습니다.
ARPA-E의 식물채광 프로젝트 프로그램 디렉터인 필석 킴은 “모두가 새로운 기가팩토리를 여는 것에 대해 이야기하고 싶어하지만, 아무도 새로운 광산을 여는 것에 대해 이야기하고 싶어하지 않는다”고 말합니다. 이 기관은 현재 업계에서 사용되는 것과 크게 다르더라도 지속 가능하고 책임감 있는 새로운 채굴 기술이 필요하다고 생각했습니다. 식물채광이 대표적인 예입니다. 킴은 “미친 생각이에요”라고 말합니다.
약 750종의 식물이 과축적자로 알려져 있는데, 이는 이들이 대량의 금속을 흡수하여 조직 내에 보관한다는 것을 의미합니다. 토양의 다른 영양소와 함께 이러한 금속을 흡수하는 경향이 있는 식물은 이를 견디도록 적응했습니다.
금속을 흡수하고 농축하는 것으로 알려진 종 중 3분의 2 이상이 니켈을 흡수합니다. 니켈은 일반적으로 고농도에서 식물에 독성이 있지만, 이 종은 니켈이 풍부한 토양에서 번성하도록 진화했으며, 이는 지질학적 과정으로 인해 금속이 표면으로 나온 세계 일부 지역에서 흔히 볼 수 있습니다.
과축적자에서도 식물 조직의 니켈 전체 수준은 여전히 비교적 작습니다. 즉, 말린 식물 재료 1g당 금속 1밀리그램 정도입니다. 하지만 말린 식물을 태우면(대부분 유기 물질이 제거됨) 약 25% 니켈 또는 그 이상의 재가 발생할 수 있습니다.
니켈에 강한 식물이 엄청나게 많고, 에너지 기술에 있어서 이 금속의 중요성이 자연스럽게 초기 연구에 초점을 맞추게 했다고 김 박사는 말한다.
그러나 공장이 이미 니켈 채굴에 앞서 있지만, 오늘날 상업적 운영을 시작하는 것은 실행 가능하지 않을 것입니다. 가장 효율적인 알려진 하이퍼어큐뮬레이터는 매년 헥타르당 50~100kg의 니켈을 생산할 수 있을 것이라고 Kim은 말합니다. 그것은 단지 2~4개의 EV 배터리평균적으로, 일반적인 축구장보다 더 많은 토지가 필요합니다. 연구 프로그램은 경제적 채굴에 대한 전망을 개선하기 위해 헥타르당 최소 250kg으로 수확량을 높이는 것을 목표로 합니다.
자금 지원을 받는 7개 프로젝트는 여러 가지 방법으로 생산량을 늘리는 것을 목표로 합니다. 일부 연구자들은 알려진 종보다 니켈을 더 효율적으로 축적하는 종을 찾고 있습니다. 후보 중 하나는 뿌리가 깊이 자라는 다년초인 베티버입니다. 납과 같은 금속을 축적하는 것으로 알려져 있으며 종종 정화 프로젝트에 사용되므로 니켈과 같은 다른 금속을 흡수하는 데 좋은 전망이 될 수 있다고 합니다. 루팔리 두타미시간 기술 대학의 생물학 연구자이자 프로젝트 중 하나의 책임자입니다.
또 다른 수상자 100,000개 이상의 식물 표본, 즉 보존되고 카탈로그화된 식물 표본을 조사할 것입니다. 연구자들은 X선 형광 스캐닝이라는 기술을 사용하여 새로운 과축적 종을 식별하고자 그 식물 조직에서 니켈을 찾을 것입니다.
다른 연구자들은 알려진 니켈 과잉축적자의 채굴 재능을 향상시키고자 합니다. 확립된 옵션 중 많은 것에 대한 한 가지 문제는 바이오매스가 매우 높지 않다는 것입니다. 즉, 작습니다. 따라서 식물의 조직에 니켈 농도가 비교적 높더라도 각 식물은 소량의 금속만 수집합니다. 연구자들은 알려진 과잉축적자를 조정하여 부풀리고 싶어합니다. 예를 들어, 금속을 위해 토양 깊숙이 도달할 수 있도록 더 큰 뿌리 시스템을 제공하는 것입니다.
니켈 흡수를 개선하는 또 다른 잠재적 방법은 식물의 성장 주기를 바꾸는 것입니다. 대부분의 다년생 식물은 꽃이 피면 기본적으로 성장을 멈춥니다. 리차드 아마시노위스콘신-매디슨 대학의 생화학 연구원. 그래서 그의 프로젝트 목표 중 하나는 개화를 지연시키는 방법을 알아내는 것입니다. 치주염밝은 노란색 꽃이 피는 식물과에 속하는 식물로, 계절이 바뀌어 성장을 멈추기 전에 니켈을 흡수할 시간이 더 많습니다.
연구자들은 또한 이러한 알려진 표적 종을 사용하여 심어진 장소에서 침입하지 않도록 하고 있습니다. 예를 들어, 치주염 이 식물은 원래 유럽이 원산지이며, 연구자들은 이 식물이 미국이나 잘 자랄 수 있는 다른 지역으로 옮겨졌을 때 난폭하게 번식하여 자연 생태계를 파괴하지 않는지 확인하고자 합니다.
과축적 플랜트는 이미 광물 탐사에 사용되고 있지만, 오늘날 우리가 채굴하는 니켈의 대량을 생산할 수 없을 것이라고 네바다 리노 대학 경제 지질학 연구 센터의 소장인 사이먼 조윗이 이메일에서 말했습니다. 하지만 플랜트는 광산 폐기물을 처리하는 데 실행 가능한 솔루션이 될 수 있다고 그는 말했습니다.
또한 식물이 토양의 주어진 영역에서 금속을 빨아들이면 무슨 일이 일어날지에 대한 의문도 있습니다. Jowitt에 따르면, 작물을 심고 수확한 후 더 낮은 층에서 더 많은 금속을 얻기 위해 그 층을 제거해야 할 수도 있습니다.
이러한 모든 프로젝트의 연구자들은 표적 종을 식별하고 변경하는 것 외에도 식물이 어디에서 자랄 수 있는지, 지하수 이동과 같은 자연적 과정이 토양의 표적 금속을 보충하는지 여부와 그 방법에 대해 더 잘 이해해야 한다고 Kim은 말합니다. 또한 과학자들은 식물 채굴의 환경적 지속 가능성을 분석해야 할 것이라고 그는 덧붙입니다. 예를 들어, 니켈이 풍부한 재를 생산하기 위해 식물을 태우면 온실 가스가 배출됩니다.
그럼에도 불구하고 기후 변화에 대처하는 것은 모든 것을 만들고 설치하는 것에 관한 것이며, 그렇게 하려면 많은 재료가 필요하다고 김씨는 덧붙인다. 피토마이닝이 미래에 도움이 될 수 있다. 김씨는 “이것은 가능하다고 믿는 일”이라고 말하지만, “매우 어렵다”고 말한다.