Группа материалов, известных как редкоземельные элементы (РЗЭ), играет ключевую роль в производстве современных технологий — от электромобилей до смартфонов и ветряных турбин. Однако традиционные методы добычи и переработки этих элементов часто сопровождаются серьезным ущербом для окружающей среды. Недавно китайские ученые предложили более экологичный и доступный способ получения РЗЭ — с помощью папоротников.

Уникальные свойства папоротника Blechnum orientale

Исследовательская группа под руководством геохимика Люцин Хэ из Китайской академии наук впервые обнаружила, что папоротник Blechnum orientale способен естественным образом кристаллизовать минералы РЗЭ в своих надземных тканях при обычных условиях. Это резко отличается от привычного процесса образования РЗЭ на Земле, когда они встречаются в виде соединений в магматических породах, формирующихся при остывании магмы.

Экологические преимущества нового подхода

Открытие, опубликованное в журнале Environmental Science & Technology, может значительно снизить зависимость от традиционной добычи РЗЭ. Обычно эти элементы находятся в смеси с другими веществами, и для их извлечения требуются сложные химические процессы, разрушающие почву и растительность, а также загрязняющие воду и воздух в регионах с богатыми залежами РЗЭ.

На самом деле редкоземельные элементы не так уж редки — они рассеяны по всему миру, но не образуют крупных месторождений, как золото. Сегодня Китай контролирует около 70% мировой добычи РЗЭ и еще большую долю мощностей по их переработке, что обеспечивает стране доминирующее положение на рынке.

Как папоротник накапливает редкоземельные элементы

Blechnum orientale относится к гипераккумулирующим растениям, способным расти на почвах с высоким содержанием тяжелых металлов, которые обычно токсичны для других видов. Этот папоротник поглощает элементы через корни и может инициировать минерализацию РЗЭ, в частности образование минерала монацита. Ранее монацит был известен только в породах, подвергшихся высоким температурам и давлениям в недрах Земли, а теперь он формируется в растении при обычных для поверхности условиях. Причем частицы монацита, образующиеся в папоротнике, имеют нанометровый размер, что делает их промышленно значимыми.

Перспективы фитомайнинга

Открытие было сделано с помощью современных методов микроскопии и химического анализа папоротника, произрастающего на юге Китая. Это указывает на потенциал использования фитомайнинга — применения гипераккумулирующих растений для извлечения металлов из почвы — для сбора труднодоступных РЗЭ.

Такой подход может стать прорывом в обеспечении поставок редкоземельных элементов, с которыми сталкиваются страны по всему миру. В электромобилях, например, неодим, диспрозий и празеодим используются в мощных постоянных магнитах двигателей. РЗЭ также встречаются в различных компонентах смартфонов: от дисплеев и магнитов для динамиков и вибромоторов до объективов камер и микросхем.

Вызовы и дальнейшие исследования

Пока что папоротник не производит РЗЭ в промышленных масштабах, однако исследование показывает, что возможности фитомайнинга этих ценных элементов еще мало изучены. Ученым предстоит выяснить, является ли Blechnum orientale единственным растением, способным самостоятельно организовывать РЗЭ из различных элементов, или такие свойства есть и у других видов. Также важно разработать эффективный способ извлечения монацита и его разложения на составляющие РЗЭ без значительных потерь ресурса.

«Это открытие демонстрирует альтернативный путь минерализации монацита в исключительно мягких условиях и подчеркивает уникальную роль растений в инициировании подобных процессов», — отмечают исследователи.