编者按：
高价值的金属帮助现代社会运转，但是我们提取和处理它们的方式并非可持续发展的。不过最近的研究发现，一些特殊的微生物或可帮助我们解决这一难题。它们不仅可以从各种各样的电子垃圾中回收金属元素，甚至有可能可以从其他星球的岩石中提取特殊金属元素。
今天，我们共同关注生物冶炼，看看微生物是如何变废为宝、点石成金的。
生物冶炼
从电子产品中的金和银，到可再生能源技术动力所需的稀土元素，金属支撑着社会向低碳高科技经济的转变。
据估计，每年仅仅电子垃圾，就损失掉了价值数十亿美元的贵重金属，然而，其中大部分的金属都无法回收利用。人们日益关注传统采矿工艺对环境及人道主义的影响。另外，许多国家正在寻求方法以减少对矿产的进口依赖。
幸运的是，新的选择出现了。大量微生物（通常来自极端环境）进化出了从周围环境中提取金属的能力。
一些微生物通过产生酸和清除金属的蛋白，来溶解固体岩石中的金属，该过程被称为生物滤化。另外一些微生物可以通过利用它们的细胞壁来从液体中提取和积累金属离子。通过利用这些微型“矿工”，新兴的生物冶金领域可以解决很多传统金属供应链存在的相关问题。
变废为宝
在德国，一家名为 BRAIN（生物技术研究和信息网络）的公司正利用存有 5 万多个微生物的巨大的菌种保藏库来鉴定出最具金属提取能力的微生物，并将其投入使用。
BRAIN 公司的绿色和城市采矿项目经理 Esther Gabor 解释道：“像科学研究中经常发生的那样，BRAIN 公司投入生物冶金工作是一个巧合：在 2008 年，当我们在研究表面活性生物分子时，我们观察到一种存在于我们菌种保藏库中的微生物高度选择性地附着在疏水的金表面。在这个时候，生物金镊子的想法就产生了。”
从电子垃圾中回收黄金是 BRIAN 公司的主要目标，但该公司同时也着眼于含有其他贵重金属的废物流（否则贵重金属就会流失），或者对人类健康和环境构成威胁的重金属废物流。例如，焚烧炉产生的灰烬、钢铁生产中产生的粉尘，甚至污水污泥中都含有可回收量的贵重金属和重金属。
BRAIN 公司最先进的生物开采产品，以模块化、海运集装箱的形式存在，叫做生物萃取器（BioXtractor）。该装置包含贵金属生物滤化所需的所有组件，为工业公司从各种废物流中提取金属提供灵活的解决方案。
在长达 48 个小时的反应过程中，细碎的垃圾和生物冶金微生物一起被孵育。一旦它们滤出了金属，金属就可以通过使用吸附树脂从混合物中被回收。
Gabor 说：“该产品的主要优势在于反应过程的可持续性。相比于对黄金的原始开采和化学回收，使用微生物能够代替有腐蚀性或有毒的化学物质，大大减少能源的需求，使金属回收过程中的二氧化碳排放量减少了三倍。与火法冶金（冶炼）相比，二氧化碳的排放量也减少了两倍。”
到目前为止，该公司可以在 600 升的反应桶中进行该反应过程。下一步他们将建造一个试验工厂。
BRAIN 已经建立了一个菌种保藏库，可以为回收不同金属和稀土元素创建或者定制反应过程。不过目前，该公司还只能使用天然的微生物以避免触犯转基因法规，该项法规在欧洲相当严格。
Gabor 说：“我们旨在通过在生物冶金中使用非转基因生物来减少监管障碍，然而，通过使用基因工程化的强效微生物来改进工艺是很有希望的。我认为，无论是政治界还是工业界，都有责任来让社会相信基因编辑等新技术带来的优势。”
把城市变为矿山
另一个新兴的生物冶金公司是新西兰新创建的 Mint Innovation 公司，该公司的目标是通过在世界各地的主要城市建立贵重金属生物精炼厂来建立“城市矿山”。
Mint Innovation 公司的联合创始人 Will Barker 曾在 LanzaTech 公司工作，这家公司利用微生物来捕获工业废气并将其转化为燃料和化学品。
Mint Innovation 公司的商业负责人 Thomas Hansen 说：“我知道生物吸附过程最适合用来处理小体积的高价值废物，因此，我希望证明从印刷电路板中可以回收到黄金”。
“电子废弃物是一种非常有吸引力的原材料，因为它的含金量是金矿石的数百倍，而且目前还没有对其进行回收的本地化解决方案。”
该公司将电子垃圾研磨成粉末，然后加入酸和氧化剂，使金属溶解到液体溶液中，从而允许微生物在其中找到黄金并将黄金积累在自身表面。然后，镀金的微生物可以被过滤出来被用以提炼、释放出贵重金属。
Hansen 解释说：“我们没有任何排放物或者有毒废物，所以我们更想把自己对当地环境的影响跟微型酿酒厂做类比，尽管我们连自来水室都没有。”
该公司目前正在进行一轮 B 轮融资，该融资可以支持这家公司开始部署这项技术，英国则被指定为部署该技术的早期目标地区。
Hansen 希望该项低影响、低消耗、低碳排放的技术能够成为世界各地的城市发展自己的贵重金属循环经济的有吸引力的解决方案，而不是像目前通常发生的，它们将自己产生的电子垃圾排放到国外。
Hansen 说：“人们通常会对新技术保持怀疑态度，尤其是涉及到像‘生物吸附’这种无法直观看到的反应过程时，我们的讨论主要集中在为回收电子垃圾的人普及教育我们的技术工艺以及它能够为他们提供的好处。
他们肯定会高兴于出现了一个更好的选择来改善现状，并且将会占据我们早期客户的很大一部分。而冶炼厂并没有有效地回馈给提供电子垃圾的回收者相应的价值，很多人都认为目前的市场已经崩溃。”
太空生物冶金：终极前沿
在 2020 年 12 月 2 日，Elon Musk 的 SpaceX 火箭将从佛罗里达州肯尼迪航天中心发射升空，去执行对国际空间站的补给任务。火箭上的成员是？一种土壤细菌和一种真菌。
这些微生物是 BioAsteroid 计划的一部分，这项计划是爱丁堡大学英国天体生物学中心（UKCA）开展的，旨在证明在太空中对小行星进行金属的生物冶金是有可能的。
英国天体生物学中心（UKCA）的太空微生物学博士后研究助理 Rosa Santomartino 说：“随着人类对移民太空计划的不断深入，我们需要了解如何生产当地资源以及学会从地球的连续供给中独立。我们计划旅行的距离离地球越远，这件事情就越重要。从这一角度看，从太空中提取有用的材料是一个很有前景的解决方案。另外，有些小行星也富含贵重金属和稀有金属。”
此前在国际空间站上进行的一项实验证明，在各种引力的条件下，太空生物冶金确实是可能的。细菌可以从地球的玄武岩岩石中开采稀土元素，而玄武岩岩石被认为与火星和月球的岩石非常类似。BioAsteroid 这次将会更进一步，为微生物提供真正的小行星材料来进行开采。
Santomartino 告诉我：“这一土壤细菌证明了它自己在玄武岩岩石上进行生物冶金的能力，因此为自己赢得了再次进入空间站的入场券。
而另一种真菌之所以会被选择，是因为它具有可以将地球上有用的元素进行生物矿化的能力，但这也是它第一次在太空中使用。另外，作为一种单细胞真菌而非细菌，它也将提供更多关于种类范围更广泛的微生物进行太空生物冶金的信息。
我们还将使用这两种微生物的混合物进行实验，因为微生物在自然界通常是相互合作的。”
Santomartino 说：“小行星富含铂和金等贵重金属。我们肯定会研究铂和金，以及铜和铁等常用金属，但是我们也会研究电子工业所需的稀土元素的提取，例如钒，以及所有对生命非常有意义的并能将地外岩石材料转化为肥沃土壤的矿物元素。”
一旦到达国际空间站，宇航员们就会把硬件安装在 KUBIK 上，它是一个从 2008 年就开始在国际空间站运行的微型生命科学实验室。这项实验将完全自动化，不需要空间站工作人员进一步的输入操作。它将自主注入液体培养液进行微生物的培养，然后注入一种溶液以停止微生物的生长并保存样本以待回收。
Santomartino 说：“我们才刚刚开始了解如何在太空中利用这一过程……例如，使用探测器来捕获小行星并注入生物冶金溶液。太空生物冶金仍然需要机器人承担任务，但微生物的优势在于更轻的硬件设施、避免或减少岩石表面的钻孔工艺以及整个过程的自动化。”
她还补充道：“了解微生物在太空中如何与陆地及外星岩石相互作用，也将有助于了解生物冶金在太空中的其他应用。” 例如，微生物可以被用来将岩石转化为肥沃的土壤，生产生物燃料，或者回收多种材料。这些仅仅是生物技术在太空中众多应用的一小部分，这些应用甚至有可能在未来数十年内带领我们发展出一套完全成熟的太空生物经济。
原文链接：https://www.labiotech.eu/industrial/biomining-sustainable-microbes/
作者｜FARHAN MITHA
编译｜Johnson
