Washington Eyaleti’nin Sequim Körfezi boyunca yer alan parlak, açık bir laboratuvarda, deniz suyu ve yeşil ve mor deniz yosunu ile dolu cam eşyalar arasında, araştırmacılar günlük yaşam için hayati önem taşıyan kritik mineralleri üretmek için yeni bir yol araştırıyorlar.
Neodimyum gibi nadir toprak elementleri olarak bilinen mineraller, elektronik, araç ve binalarımızdaki en önemli bileşenlerden bazılarıdır ve geleneksel olarak yeraltında çıkarılır. Şimdi, Enerji Bakanlığı’nın (DOE’s) Pasifik Kuzeybatı Ulusal Laboratuvarı (PNNL) araştırmacıları, ülkenin kıyı şeridinden hemen sonra yüzen yeni bir cevher kaynağını araştırıyorlar: deniz yosunu.
PNNL’nin Sequim kampüsündeki araştırmacılar, Sequim Körfezi’nden deniz suyunda birkaç deniz yosunu türü büyüyor ve yaprak benzeri dokularından mineralleri çıkarmanın farklı yöntemlerini araştırıyorlar.
Washington eyaletindeki PNNL’nin Sequim laboratuvarında biyominasyon çalışmasının baş araştırmacısı Michael Huesemann, “Okyanus, yüksek teknoloji uygulamaları için ihtiyacımız olan birçok kritik mineralin en büyük kaynağıdır.” Dedi. “Eğer deniz suyuna dokunabilir ve bunu sorumlu bir şekilde yapabiliyorsak, bu potansiyel olarak ev içi bir kritik malzeme kaynağına izin verir.”
Değerli bir kritik mineral kaynağı
PNNL’nin Sequim Laboratuvarı araştırma botanikçisi Scott Edmundson, araştırmacılar, okyanusun değerli mineraller üretmek için yeni bir sınır olabileceğini uzun zamandır teorize ettiler.
Rüzgar, yağmur ve akan su kayaları aşındırırken ve insanlar toprağı gübreledikçe, kritik mineraller okyanusa doğru kızarır. Eşzamanlı olarak, mineraller yeryüzündeki derinden okyanus tabanına denizaltı volkanları ve hidrotermal havalandırmalar yoluyla seyahat eder.
Sorun şu ki, okyanus çok geniş – 300 milyon kübik mil su tutuyor – mineral konsantrasyonlarını geleneksel teknolojilerle çıkarılamayacak kadar seyreltiyor. Bu minerallere erişmenin tek yolu onları yeni yaklaşımlarla yoğunlaştırmaktır.
Anlaşıldığı üzere, deniz yosunular minerallerin fantastik koleksiyoncuları, dedi Edmundson. Araştırmacılar neden veya nasıl olduğundan emin olmasa da, bildikleri şey, kıyı boyunca dağılmış gördüğünüz deniz yosunu türlerinin bir dizi kritik mineral tutabileceğidir. Ve bazen, deniz yosunudaki bu minerallerin konsantrasyonu, okyanus suyununkini bir milyon kat daha fazla aşıyor.
Huesemann ve meslektaşları, hangi mineralleri ve ne kadar konsantre olduklarını anlamak için farklı deniz yosunu türlerini araştırıyorlar. Örneğin, fucus adı verilen bir kösele kahverengi deniz yosunu türünün, dokularında nikel konsantre olmada özellikle iyi olduğunu bulmuşlardır. Bu arada Ulva adı verilen yeşil, yapraklı bir deniz yosunu, nadir toprak elemanlarının biyoakümülasyonunda daha iyi görünüyor. Nihayetinde, araştırmacılar Ulva’nın (daha iyi deniz marul olarak bilinir) bir dizi kritik mineralin konsantre edilmesinde en iyisi olduğunu buldular.
Artık araştırmacılar hangi deniz yosunu türlerinin en iyi konsantre olduğunu anladıklarına göre, bir sonraki zorluk ortaya çıkıyor: Mineralleri nasıl ayırıyorsunuz? Kobalt veya dispozyum, deniz yosunu yüzeyine pudra şekeri gibi serpilmez. Edmundson, minerallerin deniz yosunu dokularına dahil edildiğini söyledi.
Bu, mineralleri yerinde tutan kimyasal bağların kırılması gerektiği anlamına gelir.
Mineraller için Madencilik Deniz Yosunu
Araştırmacılar, en az enerji yoğun süreci bulmaya çalışmak için deniz yosunudan mineralleri çıkarmak için çeşitli yöntemler denediler. Birçok testten sonra, araştırmacılar iyi bir başlangıç sonuçları üreten bir süreç buldular: Yeterli deniz yosunu büyüdükten sonra, araştırmacılar önce bir macun içine öğütler, daha sonra bu macunu hedefledikleri mineralleri kırabilecek asidik bir sıvı ile karıştırırlar.
“Lixiviant” olarak bilinen asidik sıvılar, standart cevher madenciliğinde kayadan mineralleri çıkarmak için kullanılır. Deniz yosunu macunu lixiviant ile karıştırıldığında, karışımın pH’ı azalır (veya daha asidik hale gelir), bu da hedef mineralin deniz yosunu kırılmasına neden olur. Karışım ayrıca kimyasal bağların kırılmasına yardımcı olabilecek yüksek sıcaklıklara da sunulur.
Ekibin ilk temel hedefi, deniz yosunu biyokütlesinden kritik mineral içeriğinin en az% 50’sini çıkarmaktır – doğrudan olduğu kanıtlanmamış bir görev. Araştırmacılar farklı lixiviantlar, farklı sıcaklıklar ve karışımı mümkün olduğunca kritik mineral çıkarmak için birçok kez işlediler.
Biyominasyon ekonomisi
Huesemann, ekstraksiyon yöntemini mükemmelleştirmenin sadece bir başlangıç olduğunu söyledi. Biyominin uygulanabilir bir süreç olması için ekip aynı zamanda süreçle ilgili ekonomik maliyetleri ve faydaları da analiz ediyor. Bir noktada araştırmacılar önce deniz yosunu örneklerini kurutmak için ısı kullandılar, ancak şimdi enerji tasarrufu için bu adımı atlıyorlar. Lixiviants başka bir maliyettir, bu nedenle araştırmacılar, minerallerin çıkarılmasına yardımcı olmak için okyanus alkalinite artışı gibi diğer işlemlerden atık asitleri kullanmayı araştırıyorlar.
Olumlu bir notta, deniz yosunu hızlı büyür ve tatlı suya ihtiyaç duymaz. Dahası, mineraller çıkarıldıktan sonra, geri kalan biyokütle biyoyakıt hammaddesi veya plastik, yapı malzemesi ve hatta yapıştırıcılar gibi biyo -yapılar gibi kullanımlar için yeniden kullanılabilir.
Edmundson ayrıca, farklı deniz yosunu türleri arasındaki önemli çeşitlilik ve hangi mineralleri biyoakümat ettikleri nedeniyle, kritik mineral ekstraksiyonunun gelecekteki teknoloji ihtiyaçlarına göre uyarlanabileceğine dikkat çekti.
Edmundson, “Çeşitlilik o kadar yüksek ki, belirli kritik mineral için istediğiniz organizmayı seçip büyütebilirsiniz.” Dedi. Diyerek şöyle devam etti: “Bugünün kritik minerali yarının kritik minerali olmayabilir. Ve Seaweed’in minerallerin biyoakümülasyonunun esnekliği, o anın ihtiyacını karşılamak için teknolojiye ince ayar yapmamıza izin verecek şekilde.”
