Gdy myślimy o wydobyciu metali, zwykle wyobrażamy sobie kopalnie odkrywkowe, głębokie szyby, ciężkie maszyny i hałdy skał. Tymczasem istnieje technologia, która pozwala pozyskiwać niektóre metale przy pomocy… roślin.

Zamiast kopalni – pole uprawne. Czy tak będzie wyglądać przyszłość wydobycia?

Brzmi jak pomysł rodem z literatury science fiction, ale fitogórnictwo (ang. phytomining lub agromining) jest rzeczywistym kierunkiem badań, rozwijanym od kilkudziesięciu lat. W tej metodzie rolę górników przejmują specjalne gatunki roślin, które potrafią pobierać metale z gleby i magazynować je w swoich tkankach. Po zbiorach rośliny są suszone, spalane, a z powstałego popiołu odzyskuje się cenne pierwiastki.

Cała historia zaczyna się nie w laboratorium ani na plantacji, lecz głęboko pod powierzchnią Ziemi – w skałach powstałych miliony lat temu.

Geologia tworzy warunki dla niezwykłych roślin

Większość roślin wykorzystywanych w fitogórnictwie związana jest z glebami rozwiniętymi na skałach ultramaficznych, takich jak serpentynity. Są to skały bogate w magnez i żelazo, zawierające również podwyższone ilości niklu, chromu czy kobaltu. Powstały one głęboko w płaszczu Ziemi lub w oceanicznej części litosfery. W wyniku ruchów płyt tektonicznych fragmenty tych skał zostały wyniesione na powierzchnię i dziś występują m.in. w Nowej Kaledonii, na Kubie, Filipinach, Borneo, w Albanii, Grecji czy Turcji.

Gleby rozwijające się na serpentynitach są wyjątkowo trudnym środowiskiem dla życia. Zawierają niewiele składników odżywczych, mają niekorzystne proporcje wapnia do magnezu, a jednocześnie wysokie stężenia metali, które dla większości organizmów są toksyczne. To właśnie w takich warunkach pojawiły się jedne z najbardziej niezwykłych roślin na świecie.

Hiperakumulatory – rośliny, które „jedzą” metale

Niektóre gatunki roślin wykształciły zdolność do pobierania i magazynowania ogromnych ilości metali ciężkich. Takie organizmy nazywa się hiperakumulatorami.

Dla porównania: zwykła roślina stara się ograniczać pobieranie potencjalnie szkodliwych metali. Hiperakumulator robi dokładnie odwrotnie – transportuje je do liści, łodyg, a czasem także nasion, osiągając stężenia setki lub tysiące razy wyższe niż większość gatunków.

Naukowcy opisali już ponad 700 gatunków hiperakumulatorów niklu. Najwięcej z nich występuje na terenach o podłożu serpentynitowym. Kolejne gatunki są regularnie odkrywane, szczególnie w tropikalnych regionach Azji Południowo-Wschodniej.

Drzewo z niklem

Jednym z najbardziej niezwykłych przykładów jest gatunek Pycnandra acuminata występujący w Nowej Kaledonii. Roślina ta produkuje charakterystyczny niebieskozielony lateks, czyli mleczny sok krążący w tkankach. Analizy wykazały, że nawet około 25% suchej masy tego płynu może stanowić nikiel. Jest to jeden z najbardziej ekstremalnych przypadków hiperakumulacji znanych w świecie organizmów żywych.

To fascynujący przykład tego, jak organizmy potrafią przystosować się do środowiska, które dla większości innych gatunków byłoby zabójcze.

Jak działa fitogórnictwo?

Sama idea jest stosunkowo prosta. Najpierw na glebach bogatych w określony metal wysiewa się odpowiednie gatunki hiperakumulatorów. Rośliny przez kilka miesięcy pobierają metale wraz z wodą i składnikami odżywczymi.

Po osiągnięciu odpowiedniej wielkości są zbierane, suszone i spalane. Powstający popiół zawiera skoncentrowane ilości metalu. Taki materiał bywa określany mianem „bio-rudy”. Następnie przy użyciu procesów chemicznych odzyskuje się z niego czysty metal lub jego związki. W praktyce przypomina to połączenie rolnictwa z górnictwem i metalurgią.

Czy to się opłaca?

Największe nadzieje wiąże się obecnie z odzyskiwaniem niklu. Badania prowadzone m.in. na Borneo wykazały, że w sprzyjających warunkach z jednego hektara upraw można odzyskać około 200–250 kilogramów niklu rocznie. Po spaleniu biomasy zawartość tego metalu w popiele może sięgać nawet 20–30%.

To wartości porównywalne, a czasem nawet wyższe niż zawartość niklu w części współcześnie eksploatowanych rud.

Nie oznacza to jednak, że fitogórnictwo zastąpi klasyczne kopalnie. Obecnie traktowane jest raczej jako technologia uzupełniająca, szczególnie przydatna tam, gdzie tradycyjne wydobycie byłoby nieopłacalne lub zbyt szkodliwe dla środowiska.

Rośliny mogą pomagać w rekultywacji terenów pogórniczych

Jedną z największych zalet fitogórnictwa jest możliwość wykorzystania terenów zdegradowanych przez wcześniejszą działalność górniczą. Rośliny stabilizują glebę, ograniczają erozję, wiążą część zanieczyszczeń i jednocześnie pozwalają odzyskiwać metale pozostające w podłożu. Dzięki temu jeden proces może częściowo łączyć funkcje gospodarcze i środowiskowe.

Niektóre projekty badawcze określane są wręcz mianem „zielonego górnictwa”.

A co ze złotem?

Nikiel nie jest jedynym metalem badanym pod kątem fitogórnictwa. Naukowcy analizowali również możliwość odzyskiwania kobaltu, cynku, manganu, selenu, talu oraz innych pierwiastków.

Największe zainteresowanie opinii publicznej budzą zwykle eksperymenty ze złotem. W praktyce okazuje się jednak, że złoto jest dla roślin bardzo trudno dostępne. Aby zwiększyć jego pobieranie, konieczne bywa stosowanie substancji chemicznych poprawiających rozpuszczalność tego metalu w glebie.

Takie rozwiązania mogą jednak powodować dodatkowe zagrożenia środowiskowe, dlatego obecnie nie są traktowane jako obiecująca droga przemysłowego pozyskiwania złota.

Dlaczego rośliny gromadzą metale?

Najbardziej intrygujące pytanie brzmi: po co roślinom taka zdolność? Badania wskazują, że wysokie stężenia metali mogą pełnić funkcję obronną. Liście zawierające duże ilości niklu, cynku czy innych pierwiastków stają się mniej atrakcyjne dla owadów i roślinożerców. Dla części organizmów są wręcz toksyczne.

Innymi słowy, niektóre rośliny wykorzystały geochemię swojego środowiska jako naturalny system ochrony przed zjadaniem.

Geologia, ewolucja i przyszłość surowców

Fitogórnictwo pokazuje, jak silnie powiązane są procesy zachodzące w różnych częściach systemu Ziemi.

Skały bogate w metale powstają głęboko we wnętrzu planety. Ruchy płyt tektonicznych wynoszą je ku powierzchni. Na ich zwietrzelinach rozwijają się specyficzne gleby. Te z kolei wpływają na ewolucję organizmów zdolnych przetrwać w ekstremalnych warunkach.

Dzisiaj człowiek próbuje wykorzystać te naturalne adaptacje do pozyskiwania surowców potrzebnych nowoczesnej gospodarce, energetyce i produkcji baterii.

Czy za kilkadziesiąt lat część kopalń będzie bardziej przypominała plantacje niż wyrobiska górnicze? Trudno powiedzieć. Jedno jest jednak pewne: rośliny potrafią robić rzeczy znacznie bardziej niezwykłe, niż mogłoby się wydawać na pierwszy rzut oka.

Zdjęcie w zajawce: Pycnandra acuminata z Nowej Kaledonii. Benoit HENRY, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons