社企流/編譯:Phoebe Chao
國際能源署(IEA)指出,生產一輛電動汽車需消耗 200 公斤的金屬礦產,隨著電動車普及率的提升,礦業資源的消耗是過去的數倍,超過 20 種基本、貴重與稀有金屬將面臨耗竭的窘境,因此近年替代原生資源開採、幫助社會轉型循環經濟模式的「城市採礦」(Urban mining),也激起國際上的關注。現在,或許有更「綠色」的採礦方式,將成為礦源的新選擇。
科學家發現某些植物能夠從周圍土壤中積累大量鎳等重要礦物,並研究利用這些植物進行礦物開採的過程,稱為「植物採礦」(phytomining),這些植物可以為全球提供清潔能源轉型所需的重要礦物。傳統採礦具有害的社會和環境影響,而植物採礦將成為解決此問題的潛在方案。
會儲存高含量金屬的植物?
雖然植物都能從土壤中吸收像鉀、銅、鋅等礦物,但大多數的植物保留的礦物含量十分少量,無法從植物上提煉人類工業所需的金屬。不過有一類特殊的植物,被稱為「超級蓄積植物」(Hyperaccumulating Plants),它們可以積累高濃度的金屬,這些植物吸引了科學家、初創公司和政府單位注意。在已知的 35 萬種植物中,只有約 750 種具有這種高蓄積金屬的特性。
超級蓄積植物並不是隨處可見,這類植物只生長在礦物豐富地區,而這些地區土壤中的金屬濃度往往高到其他植物無法存活的程度。為了在幾乎沒有其他植物的地區生存,超級蓄積植物需要保護自己,免受昆蟲和動物的侵害。因此這些植物會從土壤中吸收金屬,並將其轉移到葉子等地面的構造上,當昆蟲、動物吃了含有重金屬的葉、莖後會感到嚴重不適,最終不再觸碰它們,更不用說它們同時伴隨著令人作嘔的金屬味道。對於這些植物而言,吸收、積累金屬在體內,很大程度上是一種防禦天敵的機制。
超級蓄積植物能「種」出什麼金屬?
在已知的 750 種超級蓄積植物中有 2/3 以上是「鎳迷」,再加上國際能源署預估 2040 年鎳的需求將增長 3 倍,美國能源部高級研究計畫署(Advanced Research Projects Agency-Energy,ARPA-E)近期啟動了一個 990 萬美元的項目,並包括 5 所大學和一些私人公司,探索植物採礦,並專注於鎳的開採。
ARPA-E 的專案主管 Philseok Kim 表示:「我們希望證明植物採礦在經濟上可行,並且相比傳統採礦有更低的碳足跡。」他估計,每年可以在 40 萬英畝的土地上,從植物採礦中產出約 1.8 萬噸鎳,相當於美國年消耗量的 10% 左右。在美國,大約有 1 千萬英畝的蛇紋岩荒地未被好好利用,由於這裡的土壤含有大量金屬,因此人們不會在上面種植作物,未來將是種植超級蓄積職務最佳地區。
Philseok Kim 也補充其他國家植物採礦的案例,「在印尼、馬來西亞或新喀里多尼亞有一些特有的樹木,會分泌含有 25% 鎳的綠色樹液。如果我們能在美國當地種植它們,那將非常棒,但它們都是熱帶植物。」
除了陸地的植物,海裡的植物也能成為新礦源
讓我們暫時離開陸地,潛進海中。
海水中含有大多數已知元素的微量成分,但在某些地區,尤其是靠近礦場和獨特地質特徵的地方,海水中的礦物含量會顯著增加,而這些礦物深受某些特定海藻的喜愛。
成立於 2013 年一間提供氣候解方的科技公司 Blue Evolution,已經將海藻用於廣泛的商業應用中,其中包括建築材料、生物製藥和化妝品,該公司現在正在探索其在礦物提取方面的潛力。
Blue Evolution 首席執行官 Beau Perry 表示,「如果目標只為了提取礦物而種植海藻,那麼我就需要擁有大量且成本低廉的海藻,來提煉足夠的金屬。」由於透過海藻收集的礦物量很小,又考量到美國對稀土元素供應量的問題,Blue Evolution 預計從「鈧 」這類貴重的稀有元素著手。「鈧的全球貿易量每年只有10到15噸,所以不需要太多釔就能改變全球供應,其他貴金屬和稀土元素的情況也差不多。」Beau Perry提到,「但我們可以從相對稀少的稀土元素開始,並在兼顧、平衡其他礦物元素產量的同時,評估並逐步增加稀土元素的產量。」
植物採礦能成為礦源的萬靈丹嗎?
植物的根部能夠觸及的礦物深度有限,最多只有 6 英尺,而傳統礦場則可以輕易達到地底 1 千英尺以上。植物採礦或許無法跟傳統採礦競爭,但也許是一個對地球環境負責任的方式,且補充傳統採礦的不足。
但從植物中提煉金屬也存在一些實際的挑戰,例如目前提煉的方法通常是以焚燒植物,以獲取富含礦物的灰燼,但這會將植物儲存的二氧化碳釋放回大氣,因此許多科學家正努力尋找更環保的回收方法。
除此之外,其他挑戰還包括大規模單一種植的風險、引進非本地植物的潛在影響、鎳價的波動,以及擴展超級蓄積植物能力到鎳以外其他重要礦物,但若是解決了這些障礙,將徹底改變美國乃至全球的礦物供應鏈。
參考資料
核稿編輯:葉于甄