Россия продвигает технологию извлечения редкоземельных металлов с помощью гиперaccumуляторных растений, планируются полевые испытания

8 августа. Российские исследователи разработали технологию извлечения редкоземельных металлов с использованием гиперaccumуляторных растений. Технология предполагает выращивание на искусственных полигонах таких культур, как горчица, гречиха и подсолнечник, которые поглощают металлы из почвы и накапливают их в биомассе; после сбора урожая растения сжигаются, а ценные элементы извлекаются из золы.

Плантация горчицы. Фото: Всероссийский научно-исследовательский институт масличных культур имени В.С. Пустовойта

Сообщается, что в естественных условиях России соответствующие культуры можно собирать два-три раза за сезон. По оценкам, ежегодный объём производства редкоземельных металлов на одном полигоне может достигать 15 тонн. В настоящее время в лабораторных условиях уже проведены испытания с использованием фосфогипсовых отходов из Воскресенска и Балаково, а также лопарита Ловозерского горно-обогатительного комбината. Проект предусматривает проведение полевых испытаний в реальных условиях в этом году и опытных посадок в следующем году.

Людмила Комарова, доктор биологических наук, заведующая кафедрой биологии Обнинского института атомной энергетики — филиала Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ», отметила, что фитодобыча не является принципиально новой концепцией. Ещё в XIX веке учёные обнаружили способность растений накапливать металлы; в 1983 году агроном Министерства сельского хозяйства США Руфус Чейни предложил использовать растения для извлечения металлов и восстановления земель, загрязнённых цинком, что официально оформило это направление.

Комарова указала, что коммерциализация фитодобычи сталкивается с двумя основными группами проблем: во-первых, необходимо отобрать сорта растений, обладающие высокой восстановительной способностью, быстрым ростом и пригодные для механизированного посева и уборки; во-вторых, отсутствует полная экономическая оценка. Даже у эффективных гиперaccumуляторных растений выход металлов часто остаётся на уровне миллиграммов или граммов, что значительно уступает тоннажным масштабам, необходимым для промышленных цепочек поставок. Кроме того, последующая переработка растительного сырья требует высоких затрат и сложных технологических процессов, а также предъявляет требования к площади земель и стабильным условиям выращивания.

Что касается путей решения, Комарова считает, что можно повысить эффективность накопления растений с помощью селекции и генной инженерии, использовать машинное обучение для отбора видов, прогнозирования урожайности и моделирования восстановительной способности, а также перерабатывать обогащённую биомассу в удобрения, катализаторы и другие сопутствующие продукты для повышения коммерческой привлекательности технологии. Она также подчеркнула, что для перехода от лабораторных результатов к полевым применениям необходимо междисциплинарное и межведомственное сотрудничество.

Помимо извлечения редкоземельных металлов, способность растений накапливать элементы имеет достаточно чёткие направления применения в области охраны окружающей среды. Комарова рассказала, что фиторемедиация может использоваться для очистки почв от тяжёлых металлов, таких как цинк, медь, кадмий, кобальт, марганец и хром, а также для удаления радионуклидов. Например, для удаления цезия-137 водное растение ряска малая считается одним из наиболее эффективных накопителей; бобовые и зерновые культуры также могут использоваться для обработки органических загрязнителей, таких как нефтепродукты и пестициды. Кроме того, гиперaccumуляторные растения могут служить растениями-индикаторами загрязнения для оценки содержания токсичных элементов в почве.