生物採礦可避免破壞環境?

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採礦業破壞自然景觀,過程中使大量化學物提取金屬,如後續處理不當,會危害附近居民和棲息動物。 圖片來源:路透社

礦業為現代世界提供燃料和金屬,我們獲取地球資源的同時,也對環境造成巨大破壞。為應對氣候變化危機,各國必須著力轉型潔淨能源,但生產可再生能源和電動車等產品所需要的礦物,通常又比以化石燃料為基礎的同類產品更多,推高礦物需求,令減少採礦環境破壞和擴大使用低碳能源之間出現矛盾。不過,採礦方式不單只有粗暴使用化學物料提取,近年業界便積極研究另類開採技術,例如利用生物科技作生物採礦。

傳統採礦業使用「化學浸出法」(chemical leaching) 從開採的礦石中提取銅、鈾和金等金屬,過程使用化學物由地下礦床中分離和提取金屬,如後續清理不當,會對地表和地下水造成嚴重污染。生物採礦則使用微生物從岩石、礦石或礦山廢料中提取有價值的金屬,生物採礦技術也可用於清理被金屬污染的場地。

目前大多數生物採礦作業都針對貴金屬,如銅、鈾、鎳和金,這些金屬通常存在於硫化礦物中。微生物特別擅長氧化硫化礦物,可將鐵和銅等金屬轉化為更容易溶解的形式,經岩石流水收集。有些金屬,例如黃金,不會直接被微生物溶解,但微生物作用亦可以輔助傳統採礦技術,因為這些金屬周圍的礦物質會在微生物的作用下溶解和去除。把目標金屬直接溶解的生物開採過程稱為「生物浸出」(bioleaching);而將目標金屬留在材料之中以便後續提取,則稱為「生物氧化」(biooxidation)。

生物採礦可減少部分破碎礦石工序、降低採礦成本和耗能,甚至能夠開採低濃度的礦石;微生物通常會忽略金屬周圍的廢物,維持提取率。該過程比傳統礦石開採更環保,對景觀的破壞更小。此外,微生物在礦井內繁殖,可以通過適當的保護措施來回收細菌,避免外溢到其他環境。

生物採礦目前只佔整個採礦業的一小部分,估計佔全球銅產量的 15% 和黃金的 5%。生物採礦最常用於金屬含量不高的礦石,或者在常規採礦後從廢石中提取剩餘金屬。加拿大環境技術企業 BacTech 上月便宣佈申請一種以生物浸出回收鐵、鎳和鈷的技術專利,用以從磁黃鐵礦(pyrrhotite)中提取金屬。磁黃鐵礦是一種硫化鐵礦物,含有低含量的鎳、鈷和銅 —— 通常是被採礦作業者丟棄的廢物副產品。該公司開發新的生物浸出方法來處理磁黃鐵礦,回收當中的硫、鐵、鎳和鈷,其他生物浸出的殘渣亦可用作建築材料,藉此解決礦業環境挑戰和幫助修復礦場。此外,BacTech 亦計劃在厄瓜多爾 Ponce Enriquez 地區興建生物浸出設施,工廠每日將能處理 50 噸金/砷材料,每年將生產大約 31,000 盎司黃金。工廠據稱是模組化設計,可以在不影響生產的情況下擴大產能。

微生物能溶解礦物質,及與礦物質結合,將礦山化開,關鍵是速度。合成生物學則可藉重新設計微生物來改良效率,以多種方式改進採礦業,例如研究如何刺激和增強微生物,使其更有效地工作;又或使用 DNA 對細胞編程,將一個基因從一個微生物水平轉移到另一個微生物;或者將兩種微生物放在自然中不會相遇的環境來促進相互作用。美國生物採礦公司 Cemvita 副總裁 Marny Reakes 形容這是「真正結合多樣化科學,匯集所有以了解和編程微生物,來做你想做的事」。Reakes 亦透露其微生物研究,發現了能夠產生氰化物的微生物,以及能夠降解氰化物的微生物,可用於幫助採礦公司開採黃金。