فیتوماینینگ؛ استخراج فلزات سنگین به وسیله گیاهان

به گزارش روز یکشنبه گروه علمی ایرنا از ستاد توسعه فناوری‌های مواد و ساخت پیشرفته، این ستاد که در بهمن‌ماه ۹۴ با هدف ساماندهی و کمک به ارتقای وضعیت تولید، تجاری‌سازی، توسعه فناوری و زیرساخت‌های مرتبط با این حوزه در معاونت علمی، فناوری و اقتصاد دانش‌بنیان ریاست جمهوری تشکیل شده است، اکنون به جهت‌دهی، توسعه و حمایت از فناوری‌های اولویت‌دار می‌پردازد و تاکنون ده‌ها طرح توسعه فناوری از سطوح مختلف آزمایشگاهی تا نیمه‌صنعتی مورد حمایت ستاد قرار گرفته و نتایج بسیاری از این طرح‌ها در قالب ایجاد شرکت‌های دانش‌بنیان و فناور، تجاری‌سازی شده و برخی نیز در مسیر جذب سرمایه یا ورود به بازار بین‌المللی قرار دارند.

این ستاد در تازه‌ترین گزارش خود به موضوع فیتوماینینگ و بررسی اینکه آیا می‌توان از گیاهان برای استخراج مس از باطله معدن استفاده کرد، پرداخته است. فیتوماینینگ، فناوری زیست‌محیطی نوین است که از گیاهان برای جذب و ذخیره فلزات سنگین مانند مس از خاک یا باطله‌های معدنی استفاده می‌کند. این راهکار سبز به‌ویژه برای مناطقی که محتوای فلزات در خاک کم بوده و استخراج به روش‌های مرسوم قتصادی نیست و یا برای بازسازی زمین‌های آلوده به فلزات سنگین، مفید است.

فیتوماینینگ یا گیاه‌استخراجی یک فناوری زیست‌محیطی است که از گیاهان برای استخراج فلزات ارزشمند مانند مس، نیکل، کبالت، طلا و حتی سرب از خاک استفاده می‌کند. این فرآیند بر اساس توانایی گیاهان خاصی برای جذب فلزات سنگین از خاک و ذخیره آن‌ها در بافت‌های خود بنا شده است.

اصول و مکانیسم فیتوماینینگ

فیتوماینینگ بر اساس استفاده از گیاهانی که به آن‌ها بیش انباشت‌کننده گفته می‌شود، کار می‌کند.آنها توانایی جذب مقادیر زیادی فلزات سنگین از خاک دارند. این گیاهان از طریق ریشه‌های خود فلزاتی مانند مس را از خاک جذب و در بافت‌های خود ذخیره می‌کنند. پس از رشد کافی، این گیاهان برداشت و به عنوان بخشی از فرآیند استخراج، سوزانده یا به شکل‌های دیگری فرآوری می‌شوند تا مس استخراج شده، بازیابی شود. این گیاهان می‌توانند فلزات سنگینی مانند مس، نیکل، روی و حتی طلا را از خاک جذب کرده و در برگ‌ها، ساقه‌ها و ریشه‌های خود ذخیره کنند.

فرایند فیتوماینینگ به طور کلی به سه مرحله تقسیم می‌شود که نخست؛ جذب فلزات توسط گیاه که گیاهان بیش انباشت‌کننده، از طریق ریشه‌های خود، فلزات را از خاک جذب می‌کنند. این گیاهان توانایی جذب غلظت‌های بالایی از فلزات را دارند و آن‌ها را در بافت‌های گیاهی (به ویژه برگ‌ها و ساقه‌ها) ذخیره می‌کنند.

دوم؛ رشد و انباشتگی فلزات که پس از اینکه گیاه فلز را از خاک جذب کرد، این فلزات در گیاه انباشته می‌شوند. گیاهان در طول فصل رشد فلزات را جذب کرده و به مرور زمان آن را در خود ذخیره می‌کنند.

سوم؛ برداشت و فرآوری، هنگامی که گیاهان به حد کافی فلزات را انباشته کردند، برداشت و به طور معمول سوزانده می‌شوند. خاکستر باقی‌مانده پس از سوزاندن گیاهان غنی از فلزات سنگین است. این خاکستر سپس برای استخراج فلزات با استفاده از روش‌های شیمیایی یا الکتروشیمیایی تصفیه می‌شود.

مراحل اجرای فیتوماینینگ

انتخاب گیاه مناسب؛ گیاهان خاصی که توانایی جذب فلزات سنگین از خاک را دارند، به عنوان بیش انباشت‌کننده شناخته می‌شوند. هر فلز ممکن است توسط گونه‌های گیاهی خاصی به خوبی جذب شود. برای مثال: برای استخراج نیکل، گونه‌هایی از گیاهان خانواده براسیکاسه مناسب هستند.برای استخراج مس، برخی گونه‌های سرخس و براسیکاها توانایی جذب آن را دارند.

آماده‌سازی زمین و کاشت؛ زمین‌های آلوده یا دارای محتوای فلزی کم باید با توجه به شرایط خاک و نیاز گیاه آماده شوند. گیاهان بیش انباشت‌کننده در این زمین‌ها کاشته می‌شوند و شروع به رشد و جذب فلزات از خاک می‌کنند.

فرآیند رشد و نظارت؛ گیاهان باید در شرایط بهینه رشد کنند تا بتوانند فلزات بیشتری را جذب کنند. این مرحله ممکن است چندین فصل طول بکشد و به نوع گیاه و میزان فلز موجود در خاک بستگی دارد.

برداشت و فرآوری گیاهان؛ هنگامی که گیاهان مقدار قابل توجهی فلز را جذب کردند، برداشت می‌شوند. این گیاهان اغلب سوزانده می‌شوند و خاکستر باقی‌مانده که حاوی غلظت بالایی از فلزات است، جمع‌آوری می‌شود. سپس فلز از خاکستر به وسیله فرآیندهای شیمیایی یا فیزیکی مانند تصعید یا الکترولیز استخراج می‌شود.

استخراج و تصفیه فلزات؛ پس از جمع‌آوری خاکستر، فرآیند تصفیه برای جداسازی فلزات انجام می‌شود. روش‌های تصفیه ممکن است شامل انحلال خاکستر در اسید و سپس جداسازی فلزات از محلول باشد.

گیاهان بیش انباشت‌کننده؛ نقشی کلیدی در فرآیند فیتوماینینگ ایفا می‌کنند. این گیاهان به‌طور طبیعی توانایی جذب مقادیر زیادی فلزات سنگین را دارند که برای دیگر گیاهان مضر است.

مزایا و معایب فیتوماینینگ

یکی از مزایای موجود، دوستدار محیط زیست هستند. فیتوماینینگ به طور مستقیم به محیط زیست آسیب نمی‌زند و به جای حفاری‌های سنگین یا استفاده از مواد شیمیایی خطرناک، از گیاهان استفاده می‌کند.

بازسازی زمین‌های آلوده، دومین مزیت آن است که علاوه بر استخراج فلزات ارزشمند، فیتوماینینگ به پاکسازی خاک‌های آلوده به فلزات سنگین کمک می‌کند و باعث بهبود کیفیت خاک و بازیابی محیط زیست می‌شود.

مناسب بودن برای خاک‌های کم‌عیار هم سومین مزیت این شیوه است.در مناطقی که خاک دارای مقادیر کمی فلز است و استخراج سنتی اقتصادی نیست، فیتوماینینگ می‌تواند راهکاری کارآمد باشد.

ظرفیت درآمدزایی نیز چهارمین مزیت این فناوری به شمار می‌آید و در زمین‌هایی که استفاده دیگری ندارند، می‌توان از فیتوماینینگ برای تولید فلزات و ایجاد درآمد استفاده کرد.

زمان‌بر بودن فرآیند که جذب فلز توسط گیاهان ممکن است سال‌ها طول بکشد و بستگی به سرعت رشد گیاه و میزان فلز در خاک دارد از اولین معایب فیتوماینینگ است و بازدهی پایین در مقایسه با روش‌های استخراج مرسوم هم از دیگر معایب آن محسوب می‌شود.

کاربردهای فیتوماینینگ

استخراج فلزات در خاک‌های کم‌عیار: فیتوماینینگ به ویژه در خاک‌هایی که محتوای فلزی کم دارند، به‌صرفه است، چرا که استخراج مرسوم در این مناطق اقتصادی نیست.

بازسازی زمین‌های آلوده: در مناطقی که خاک‌ها به دلیل فعالیت‌های صنعتی یا معدن‌کاری آلوده به فلزات سنگین هستند، فیتوماینینگ می‌تواند به کاهش آلودگی کمک کند.

بازیافت فلزات از باطله‌های معدنی: از این روش می‌توان برای استخراج فلزات باقی‌مانده در باطله‌های معدنی که به صورت مرسوم قابل بازیابی نیستند، استفاده کرد.

کاهش اثرات زیست‌محیطی معدن‌کاری: استفاده از فیتوماینینگ می‌تواند به کاهش تخریب محیط زیست و بهبود پایداری منابع معدنی کمک کند.

آینده فیتوماینینگ

فیتوماینینگ به عنوان یک روش نوین در استخراج فلزات در حال توسعه است و با پیشرفت‌های علمی در زمینه ژنتیک گیاهی و زیست‌فناوری، احتمال بهبود راندمان آن وجود دارد. دانشمندان در حال تحقیق روی اصلاح ژنتیکی گیاهان برای بهبود توانایی آن‌ها در جذب فلزات هستند.

به‌علاوه، این فناوری به دلیل نیازهای کمتر انرژی و هزینه‌های پایین‌تر نسبت به روش‌های سنتی استخراج، می‌تواند در آینده‌ای نزدیک به‌عنوان یک روش جایگزین پایدار و اقتصادی برای معدن‌کاری در سطح جهانی پذیرفته شود.