Vědci poprvé zaznamenali krystalizaci monazitu – minerálu vzácných zemin – v živé rostlině. Tento objev otevírá cestu k revoluční a ekologické metodě těžby pomocí tzv. fytotěžby, která by mohla výrazně snížit závislost na konvenční těžbě a geopoliticky citlivých zdrojích.
Minerály vzácných zemin mají zásadní význam pro moderní technologie, neboť jsou nezbytné pro výrobu elektroniky (mobilní telefony, počítače), obnovitelných zdrojů energie (větrné turbíny, elektromobily) a moderních lékařských přístrojů (magnetická rezonance, chirurgické lasery). Rostoucí poptávka po nich a jejich omezená geografická koncentrace z nich činí strategický zdroj a střed geopolitického zájmu.
Autoři studie publikované v časopise Environmental Science & Technology poznamenali, že objev monazitu v nanorozměrech v živé rostlině „otevírá nové možnosti přímého získávání funkčních materiálů s prvky vzácných zemin“.
„Pokud je nám známo, jedná se o první zdokumentovaný případ krystalizace prvků vzácných zemin v minerální fázi v hyperakumulátorové rostlině. Tato práce demonstruje proveditelnost fytomanufacturingu a zavádí inovativní přístup založený na rostlinách pro udržitelný rozvoj zdrojů prvků vzácných zemin,“ uvádí se ve studii.
Fytotěžba aneb nová měna na obzoru
Fytotěžba je udržitelná metoda, která využívá hyperakumulující rostliny k získávání kovů z půdy. Tato dosud málo prozkoumaná strategie nabízí podle týmu potenciál pro udržitelné zásobování vzácnými zeminami.
Vědci z Guangzhou Institute of Geochemistry a oddělení geověd na Virginia Tech v USA popsali hyperakumulátory jako ty, které jsou schopny koncentrovat těžké kovy nebo metaloidy ve svých tkáních na stokrát nebo tisíckrát vyšší úroveň, než je v okolní půdě.
„Využití této pozoruhodné schopnosti spočívá ve fytomineralizaci, která spočívá v pěstování těchto rostlin v půdách bohatých na kovy a v získávání cílových kovů ze sklizené biomasy,“ dodává studie. Tato strategie snižuje závislost na konvenční těžbě a zároveň zmírňuje související environmentální a geopolitická rizika.
Monazit je fosfátový minerál bohatý na prvky vzácných zemin, jako je cer, lanthan a neodym. Zatímco monazit obvykle vzniká za vysokého tlaku a teplot stovek stupňů Celsia, rostliny představují alternativu pro jeho mineralizaci za okolních podmínek na zemském povrchu.
Minerál má vysoký bod tání, vynikající optickou emisivitu a mimořádnou odolnost vůči korozi roztaveného skla a poškození zářením. Podle autorů jsou jeho výjimečné mechanické, fyzikální a tepelné vlastnosti vhodné pro aplikace, jako jsou nátěry a difuzní bariéry, luminofory, lasery a světelné zářiče, iontové vodiče a matrice pro nakládání s radioaktivním odpadem.
Prvky se tvoří v listech
V rámci studie vědci odebrali vzorky rostlin ze známého hyperakumulátoru vzácných zemin, vytrvalé kapradiny Blechnum orientale, a z okolní půdy. Vzorky byly odebrány a přepraveny z nalezišť vzácných zemin v jihočínském městě Kanton.
Analýza ukázala, že prvky vzácných zemin byly koncentrovány v pinně (části listu), následované kořenovým systémem a řapíkem. Podle studie minerály krystalizují v mimobuněčných tkáních za okolních podmínek, aby rostliny zabránily vstupu neživých prvků do buněk a aby se detoxikovaly.
Ke vzniku monazitu došlo procesem podobným chemické zahradě, která se vyznačuje rostlinným uspořádáním, jež vzniká, když se do vodného roztoku obsahujícího anionty, jako jsou křemičitany nebo fosforečnany, dostane semeno kovové soli. Slouží také jako příklad v chemii samoorganizujícího se nerovnovážného procesu, který vytváří složité struktury.
„Tento jev je nedávno rozpoznaným vznikem chemické zahrady v rostlině, který je poháněn vysokou lokální koncentrací solí kovů (prvků vzácných zemin a fosforečnanů) ve vodném prostředí,“ potvrzuje studie.
V prohlášení, které vydal Guangzhou Institute of Geochemistry, autoři uzavírají:
„Studie nabízí novou cestu pro udržitelné využívání zdrojů vzácných zemin. Pěstováním hyperakumulátorových rostlin lze z rostlin získat vysoce hodnotné vzácné zeminy a zároveň sanovat kontaminovanou půdu a obnovit ekosystém poškozený odpady, čímž se dosáhne zeleného kruhového modelu současné sanace a recyklace.“
Tento objev představuje nejen průlom v oblasti udržitelného získávání vzácných zemin, ale mohl by mít také významný dopad na globální ekonomiku. V současné době dominuje trhu se vzácnými zeminami Čína, která ovládá přibližně 80 % světové produkce. Tento monopol vede ke geopolitickému napětí, zejména se zeměmi, které jsou na těchto prvcích závislé pro svůj technologický a obranný průmysl. Fytominerály by mohly nabídnout životaschopnou alternativu k diverzifikaci zdrojů dodávek a snížení závislosti na jedné zemi.
Fytotěžba jako mírnější podoba těžby
Kromě toho by fytotěžba mohla být řešením ekologických problémů spojených s tradiční těžbou vzácných zemin. Tradiční těžba je často invazivní a znečišťující a vytváří toxický odpad, který může poškodit místní ekosystémy. Naproti tomu fytotěžba je čistší technika, která nejenže získává cenné kovy, ale může také pomoci vyčistit kontaminovanou půdu.
Kapradina Blechnum orientale, použitá v této studii, je jen jednou z mnoha rostlin, které by mohly být zkoumány pro využití ve fytomineralizaci. Identifikace dalších hyperakumulátorových druhů by mohla dále rozšířit možnosti této techniky. Kromě toho by vývoj metod optimalizace akumulace kovů v těchto rostlinách mohl zvýšit účinnost fytomineralizace, čímž by se stala ještě atraktivnější možností pro průmysl.
Objev schopnosti rostlin akumulovat a krystalizovat prvky vzácných zemin představuje důležitý krok směrem k udržitelnější budoucnosti. Fytomineralizace má nejen potenciál způsobit revoluci ve způsobu získávání těchto cenných zdrojů, ale mohla by také hrát zásadní roli při obnově poškozených ekosystémů a snižování ekologické stopy těžby.