Metalą mėgstantys augalai gali siurbti turtus

Alanas Bakeris pritūpė, kad geriau įsižiūrėtų į švelnią baltą gėlelę, kuri čia augti neturėtų. Jis žinojo, kad šioje Anglijos Peak District nacionalinio parko dalyje dirva kupina metalų, nuodingų daugumai augalų. Tačiau čia, nuošalios senos švino kasyklos prieglobstyje, jis rado žydinčią minuartiją.

Tai buvo prieš 45 metus ir Bakerio pastebėtos gėlės nulėmė jo, kaip botaniko, karjerą. Per tuos metus jis su kolegomis parodė, kad kai kurie augalai tam tikrus metalus gali pasisavinti tokiais dideliais kiekiais, kad įmanoma „užauginti“ metalo derlių. Ši idėja galėtų padėti atgaivinti kasyklų suniokotus peizažus ir padėti ūkininkams pagerinti dirvą. O globaliam mažėjančių išteklių poreikiui augant ir kylant kainoms, toks metalų išgavimas gali pats tapti kasybos technika.

Vadinamajai augalkasybai (phytomining) gali būti, aušta aukso amžius. Kitais metais nustos galioti JAV patentas, aprašantis šį gavybos būdą, ir tai gali lemti šios technologijos suklestėjimą, suteikiantį metalą mėgstantiems augalams galimybę pertvarkyti peizažą.

Kai Bakeris aptiko žydinčių minuartijų kilimą, jis buvo 20-metis Imperiškojo Londono koledžo biologijos studentas. Suvokęs radinio neįprastumą – žmonės šimtmečiais žinojo, kad metalai ir augalai paprastai nedraugauja, – jis nusprendė apjungti savo meilę ekologijai su vaikystės susižavėjimu metalais, atlikdamas filosofijos daktaro darbą apie augalus daug metalo turinčiose aplinkose.

Buvo aštuntojo dešimtmečio pradžia ir vis daugiau ir daugiau šalių ėmė kreipti dėmesį į kasybos pramonės poveikį aplinkai. Jungtinėje karalystėje tyrėjai norėjo surasti atsparią metalams žolę, kuri galėtų augti užterštose dirvose, taip uždengdama problemą, sako Bakeris. Jis norėjo išbandyti ką kita: surasti augalus, kurie ne tik toleruotų metalą, bet ir siurbtų jį iš dirvos ir kauptų lapuose.

Kitoje Atlanto vandenyno pusėje, kitam jaunam mokslininkui, Rufusui Chaney'iui, kilo panaši mintis. Chaney'is gyveno Beltsville'yje, Marylande, kur dirbo JAV žemdirbystės departamente (USDA), ieškodamas būdų kaip panaudoti augalus kasyklų ir apleistų pramonės įmonių išvalymui.

Po nepavykusių pirmųjų bandymų su kukurūzais, jis ėmėsi skaityti mokslinę literatūrą. Jis aptiko pripažintų geochemikų Roberto Brookso ir jo kolegos Rogerio Reeveso darbą apie kai kurių augalų iš Naujosios Kaledonijos gebėjimą kaupti nikelį. Pamažu Chaney'is rado vis daugiau ir daugiau duomenų, kad kai kurie augalai tiesiog dievina metalų kaupimą.

1979-aisiais jis pristatė savo atradimus konferencijoje Los Andžele ir iškėlė mintį apie augalkasybą. Auditorijoje sėdėjo Bakeris, kuriam tai buvo pirmoji kelionė užsienin. Du tyrėjai aptarė sunkiuosius metalus prie alaus ir nutarė bendradarbiauti.

Kol Chaney'is tęsė tyrimus JAV, Bakeris išmaišė visą pasaulį, ieškodamas „hiperakumuliatorių“, augalų, natūraliai absorbuojančių dideliu metalų kiekius. Kur bevykdavo, rasdavo naujų tokių augalų pavyzdžių. Pavyzdžiui, Palawano salose Filipinuose, jis surado stulbinantį krūmą. „Dirva, kurioje jis augo, buvo smarkiai prisotinta nikeliu,“ sako Bakeris. „Nupjovėm šakelę ir ėmė tekėti šviesiai žalias skystis.“ Augalo suloje buvo 9 procentai nikelio. Bakerio komanda pakrikštijo augalą Phyllanthus balgooyi.

1992 m. Chaney'is manė, kad išmušė augalkasybos šlovės valanda. Jis su Bakeriu pradėjo nikelio augalkasybą su Scottu Angle'u, tada dirbusiu Marylando universitete College Parke, ir Yin-Ming Li, augalų veisėju iš USDA. Jie netgi rado sponsorių – Viridian Environmental kompaniją, priklausančią Nelkinsų teisininkų šeimai iš Hiustono Teksase. „Jie ieškojo su aplinkosauga susijusių idėjų, galinčių uždirbti pinigų,“ prisimena Chaney'is. Nelkinsai pasiūlė apmokėti didelio masto tyrimus. Mainais jie gavo bet kokių iš to kylančių patentų teises.

Augalkasybos koncepcija gana paprasta: rasti dirvą, kurioje daug metalo, auginti ten metalus per šaknis siurbiančius ir lapuose juos kaupiančius augalus ir tada surinkti derlių. Norint išgauti metalus, augalai sudeginami, o pelenai apdorojami lydkrosnėse. Gudrioji dalis – kurią ir saugo patentas – augalų rūšių, įsisavinančių ekonomiškai apsimokančius metalo kiekius radimas ir dirvos paruošimas, maksimizuojantis išeigą.

Kova dėl pelenų

Augalkasyba gali būti panaudota kelių metalų išgavimui, tarp kurių kobaltas, talis ir netgi auksas. Didžiausią komercinį potencialą parodė nikelis. Jis naudojamas nerūdijančiojo plieno ir kitų korozijai atsparių lydinių gamyboje, taip pat baterijose.

Yra apie 400 žinomų nikelio hiperakumuliatorių, kurių 1 g. sausos lapijos susikaupia daugiau, nei 1 mg. nikelio. Našiausi iš jų yra laibeniai, priklausantys daugiamečių krūmų grupei, augančiai Turkijoje, Balkanuose ir pietryčių Europoje. Kai kurios Alyssum rūšys nikelio sukaupia tiek, kad jų lapai tampa nuodingi gyvūnams.

1996 m. Bakerio komanda prisirinko Alyssum sėklų Europoje ir, bendradarbiaudami su Richardu Rosebergu ir Van Volk, abu iš Oregono valstijos universiteto Klamath Fallse, pasėjo juos bandymų lauke pietų Oregone, kur dirvoje yra daug nikelio. Jie išsiaiškino, kurios trąšos pakeičia dirvos cheminę sudėtį, kad būtų gaunama didžiausia nikelio išeiga, nustatė, kurie herbicidai naudotini piktžolių kontrolei ir išvedė patobulintus augalus, pasisavinančius dar daugiau metalo.

Eksperimentas buvo toks sėkmingas, kad patraukė Kanados kasybos kompanijos Inco, dabar priklausančios Brazilijos gigantui Vale, dėmesį. Kai Ontarijo valdžia nurodė Inco išvalyti žemę, kurią užteršė jos nikelio rafinavimo įmonė Port Colborne'e, kompanija paprašė Viridian atlikti bandymus, naudojant Alyssum murale ir Alyssum corsicum rūšis. Iš pradžių augalai augo gerai, bet vėliau žuvo nuo grybelinių susirgimų prastai sausinamoje dirvoje. Tačiau drenažo ir sodinimo patobulinimai leido greitai sulaukti sėkmingo derliaus.

Kadangi dirvos valymas veikė, Inco knietėjo išbandyti Alyssum augalkasybos potencialą. Viridian apdorojo 500 kilogramų augalo pelenų elektrinėje lydkrosnėje ir per kelias minutes gavo daugiau, nei 100 kilogramų gryno nikelio.

Augalkasyba parodė ką galinti. Nikelio atveju, procesas apsimoka, kai dirvoje nikelio yra vos 0,1%, sako Chaney'is. Tuo tarpu tradicinei kasybai reikia rūdų, kuriose nikelio būtų bent 1 – 1,5 procento. Su komercine parama ir kasybos pramonės susidomėjimu, atrodė, kad augalkasyba turėjo suklestėti. Bet tada viskas sustojo.

2004 m. Viridian sustabdė visus tyrimus. Inco norėjo plėsti bendradarbiavimą, Nelkinsai atsisakė. Niekas nežino kodėl, ir Jay'us Nelkin'as iš Viridian neatsakė į New Scientist interviu prašymą. „Jie tiesiog sėdėjo ant patentų, po tyrimų niekada nevykdė komercinės augalkasybos ir pustrečių metų kontraktas su Inco baigėsi,“ sakė Chaney'is.

Nors Viridian investicijas padėjo įrodyti, kad augalkasyba veikia, patentai neleido šios technologijos pritaikyti pramonėje. Tačiau tai nesustabdė tyrimų. „Kol tiesiog eksperimentuojame ir biomasės neparduodame, Viridian patentai nepažeidžiami,“ sako Chaney'is. O ištirti dar tikrai yra ką.

Senkant tradiciniams nikelio šaltiniams, kasybos pramonė žvalgosi naujų telkinių tropikuose, tarkime, Indonezijoje, Filipinuose, Brazilijoje, Madagaskare ir Naujojoje Kaledonijoje. Tuose regionuose rūdos klodus dažnai dengia tropiniai miškai, o kad kompanijos galėtų pasiekti sankaupas, reikia pašalinti augaliją ir viršutinį dirvos sluoksnį. „Šios operacijos yra labai plačios, kadangi rūda skurdi, tad jie nuo augmenijos kasmet išvalo daugybę hektarų,“ sako Antony van der Ent, aplinkosaugininkas iš Queenslando universiteto Brisbane'e, Australijoje.

Poveikis pražūtingas, o augmenijos atstatymas sudėtingas, nes dirva nėra labai derlinga. Atkuriant, paprastai sodinamas vietinių ir egzotiškų augalų mišinys, panaudojant nemažai trąšų. Bet yra alternatyva, teigia van der Entas: vietinių hiperakumuliatorių sodinimas. Jie klestėtų vietose, kur dirvoje gausu magnio, geležies ir nikelio, ir kaip papildoma paskata žemės savininkams būtų kasmetinis nikelio derlius.

Van der Entas su dvigubu užsidegimu ėmėsi ieškoti tropinių hiperakumuliatorių, skindamasis kelią per Borneo džiungles ir ieškodamas nikelio turtingų dirvų ir bet kokių jose augančių augalų. Surinkti pavyzdžiai buvo užkonservuoti skystame azote ir nugabenti į Japoniją tyrimui naujausia sinchrotroninių rengeno spindulių absorbcijos spektroskopija, galinčia išaiškinti audiniuose esančio nikelio cheminę formą.

Metalo laukai

Tokios aukšto lygio technologijos gali padėti skurdžiausiems žmonėms. Indonezijoje van der Entas ir jo komanda kalbino daug fermerių, daugelis kurių gyvena skurdžiai. Dirvoje gausu nikelio ir žemės ūkio kultūros gerai neauga, todėl fermeriai žvilgsnius kreipia į tropikų miškus, kuriuos išvalę kirtimais ir deginimu, augina maistą.

O ką, jei parodžius jiems kaip auginti nikelio hiperakumuliatorius daug metalo turinčiose dirvose, kurios jau išvalytos, iškirstos ir nebeturinčios tropinių miškų? Van der Entas tiki, kad augalkasyba gali tapti tradicinės žemdirbystės alternatyva, ar bent jau papildomų pajamų šaltinu. Vietiniai galėtų tapti nikelio fermeriais ir tuo pačiu išsaugotų tropinius miškus.

Tas pats principas galėtų pagelbėti ūkininkams Albanijos kalvos. Ten dirvoje daug nikelio, derliai maži ir pilna Alyssum. Per amžius ūkininkai laikė ją piktžole, bet žmonėms kaime netoli Tiranos Prancūzijos tyrėjai moka, kad leistų jiems auginti ją laukuose šalia kitų augalų.

Aida Bani iš Tiranos žemės ūkio universiteto tikisi, kad Alyssum ištrauks nikelį ir galiausiai pagerins dirvos kokybę, kad maistinės kultūros galėtų augti geriau. Liepą, atėjus derliaus metui, ji paims augalus į bendradarbių laboratoriją Lorraine universitete Nancy, Prancūzijoje, analizei.

Bandymai vyko penketą metų ir Bani sako, kad progresas buvo pastovus. „Išsiaiškinome, kad augalų išsiurbiamo nikelio kiekis išaugo nuo 22,6 iki 105 kilogramų iš hektaro,“ sako Bani. Viskas priklauso nuo tinkamų trąšų, herbicidų naudojimo konkuruojančioms žolėms ir piktžolėms, ir kryžminant Alyssum augalus, remiantis jų nikelio pomėgiu.

Kol kas kaimo gyventojai gauti pajamų už tokiu būdu išgautą nikelį negali dėl Viridian patentų. Bet jiems nustojus galioti 2015 m., gali viskas pasikeisti.

Jau vykdomi stambūs bandymai Kuboje ir Brazilijoje. Brazilijos žemės ūkio tyrimų korporacija (Embrapa) vyriausybės buvo įpareigota sukurti būdus atstatyti kasybos nuniokotus plotus. Jos tyrėjai intensyviai ieško vietinių hiperakumuliatorių, sako Embrapa atstovas Leide de Andrade. Tarp daugiau, nei šimto augalų rūšių, randamų kasyklų plotuose Brazilijos šiaurėje, 8 % pasirodė esantys hiperakumuliatoriai. Indonezijoje Prancūzijos kalnakasybos milžinas Eramet taip pat nori panaudoti augalkasybą bioįvairovės atstatymui.

Tuo tarpu, Mike'as Johnsonas, daugelio didelių kalnakasybos kompanijų, tarp kurių ir Rio Tinto, konsultantas, sako, kad augalkasybos perspektyvos žemės atstatymui yra labai patrauklios. Tačiau kalnakasybos kompanijos liūdnai garsėja savo konservatyvumu. „Jos keičia egzistuojančią metodologiją tik rekomenduojant tokiems žmonėms, kaip aš, veikiantiems, kaip mokslo ir pramonės tarpininkai,“ sako jis. Tačiau jis tikisi, kad patentų galiojimo baigimasis gali būti pradžia ir yra pasirengęs žvelgti į Rio Tinto pasiūlymus, padedančius pagerinti žemės tvarkymą po kasyklų uždarymo.

Bakeris, dabar botanikos profesorius Melburno universitete, Australijoje, ir Chaney'is nekantriai laukia patentų galiojimo baigimosi. Bakeris tikisi, kad kalnakasybos kompanija Vale ir kiti tada imsis šios technologijos. „Australijoje dirbau su ne viena aukso gavybos kompanija ir juos gana stipriai suintrigavo augalkasybos idėja,“ sako jis. „Bet kadangi galiojo patentai, jos laukti nenorėjo ir greitai prarado susidomėjimą.“

Pradinė idėja – naudoti augalus vietoje kasimo, – irgi gali sustiprėti. Bani'io kolegos Nancy'je kuria augalkasybos kompaniją Econick, iš dalies finansuojamą Prancūzijos vyriausybės. Tarp daugelio jų potencialių partnerių yra ir ir Prancūzijos kompanija Soléo Services, norinti auginti hiperakumuliatorius pramoninėse atliekose ir iš jų išgauti nikelį.

„Niekada nebuvo tokios geros progos ir esame pasiryžę ją išnaudoti,“ sako Bakeris.

Katia Moskvitch
New Scientist № 2961