細(xì)菌

尼古拉·斯克平斯基

■1.刻不容緩，國際電信聯(lián)盟的數(shù)據(jù)顯示， 2019 年的電子垃圾量高達(dá)5360萬噸。這個(gè)數(shù)字預(yù)計(jì)將在2030年上升至7400萬。電子產(chǎn)品構(gòu)造復(fù)雜，其中的金屬難以提取，因此電子垃圾的再利用率僅為20%?！?2.提取方法，電子芯片富含稀土元素 。 剝?nèi)テ渌芰夏ず螅瑢⑿酒胨?，以增加芯片與細(xì)菌溶液的接觸面積，以最大化浸出金屬?！?3.提取結(jié)果，金屬遭到細(xì)菌“ 攻擊”，開始溶解?；瘜W(xué)反應(yīng)結(jié)束后，過濾溶液中的固體殘余，制得含有各類金屬鹽的液體。

氧化亞鐵嗜酸硫桿菌與硫化葉菌已在法國地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查局沉睡了40年。這些細(xì)菌微生物能做什么呢？它們能在酸性極強(qiáng)的環(huán)境下繁衍，溶解金屬?！拔覍?xì)菌的討厭多于喜愛?！毖芯抗こ處煱⒓犹亍び诓╅_玩笑地說。多年來，她一直在觀察細(xì)菌，或者說將細(xì)菌置于“死地”。不要誤會，阿加特不是“施虐狂”，她只是想利用細(xì)菌，在強(qiáng)酸性環(huán)境下提取電子廢物中的有用金屬。

| 何為生物冶金？|

我們的日常用品中含有多種金屬，其種類之多，研究人員甚至將電子垃圾描述為“都市礦山”。2019年，法國的電子垃圾量達(dá)854906噸，“礦山”一詞并不夸張。其中，在覆滿電路的電子芯片上，金屬含量比例極高，甚至高于地下礦層的金屬含量比例。若能以更好的方法再次利用這些電子垃圾，便能減少“開采新礦物資源”的需求。畢竟，礦產(chǎn)資源枯竭是人們擔(dān)心的一大問題。

目前而言，電子垃圾再加工的主流方法是火法冶金，即以高溫加熱電子芯片及電路元件的方式獲得有用的金屬。然而，這種方法會消耗大量能源，且殘?jiān)腥源嬗胁簧俳饘?，耗損較大。

法國地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查局培養(yǎng)的細(xì)菌，能將鈷、鋅、鎳等金屬溶解，而且每種細(xì)菌都有各自偏好的金屬，我們將這一技術(shù)稱為“生物冶金法”，又稱“生物浸出技術(shù)”。

法國地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查局培養(yǎng)的細(xì)菌，采自礦場附近排水渠中的酸性液體。為了使菌株能夠溶解某一金屬，研究人員會將細(xì)菌置入營養(yǎng)液里，這種營養(yǎng)液中含有可通過生物冶金法析出的金屬，比如鈷、鎳、鋅等。接下來，研究人員會觀察細(xì)菌將如何作用于電子垃圾。初始階段，細(xì)菌溶解金屬的速度較為緩慢。如果細(xì)菌適應(yīng)了化學(xué)環(huán)境，溶解進(jìn)程將逐漸加快。“但在極端環(huán)境下，比如過酸或過熱，即使抗性最強(qiáng)的細(xì)菌也會死亡。因此，一定要準(zhǔn)備后補(bǔ)細(xì)菌，將它們保存于適宜的環(huán)境中以備后用?！庇诓┙忉尩?。

| 生物冶金的難題 |

早在20世紀(jì)20年代，科學(xué)家便開始研究微生物了。如今，生物冶金技術(shù)已被運(yùn)用于提取金屬，全球25%的銅產(chǎn)量及5%的金產(chǎn)量均依賴這一技術(shù)?！拔覀冊噲D將該技術(shù)應(yīng)用于更復(fù)雜的金屬零件，比如電子芯片?！庇诓┍硎?。研究人員首先會把電子垃圾分解成小于一毫米的微粒，再把這些微粒倒入含有細(xì)菌的溶液中。在微生物的作用下，金屬被氧化并溶解。48小時(shí)后，可對溶液進(jìn)行沉淀操作，制得金屬鹽，也可電解溶液，制得金屬塊。

然而，實(shí)驗(yàn)階段出現(xiàn)了兩大難點(diǎn)?！凹?xì)菌只能溶解少量金屬?！庇诓┌脨赖卣f。每升微生物溶液至多能溶解40克金屬。顯然，這樣的量級難以達(dá)到大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)。第二個(gè)難點(diǎn)在于經(jīng)濟(jì)效益。目前，地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查局的微生物只能提取基本金屬。然而，電子垃圾中還含有不少貴金屬。于博指出：“這種冶金方法的經(jīng)濟(jì)效益取決于細(xì)菌提取的金屬種類。如果要提取貴金屬，就需要使用價(jià)格高昂的特殊細(xì)菌?！笨梢?，市面上花費(fèi)較低的化學(xué)冶金法是生物冶金法強(qiáng)有力的競爭對手。

為了破解難題，研究人員計(jì)劃開展更大規(guī)模的試點(diǎn)研究，使用上百升的溶液提取金屬。然而，回收市場仍不成熟，秩序尚未形成，難以獲取資金支持?！皬慕饘偕a(chǎn)到金屬回收，應(yīng)該形成專業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈?！钡刭|(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查局“礦產(chǎn)資源與循環(huán)經(jīng)濟(jì)”項(xiàng)目的項(xiàng)目經(jīng)理帕特里克·德于格表示。比起火法冶金，生物冶金更環(huán)保，或許能成為鏈路中的一環(huán)。但是，生物冶金法也不是萬能方案?！皩饘龠M(jìn)行回收再利用，只能減少礦產(chǎn)資源供應(yīng)方面的壓力，但無法產(chǎn)出我們?nèi)粘Ｉ钏璧慕饘倭俊！钡掠诟裾f。在經(jīng)濟(jì)不斷增長的社會中，實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)并不簡單。出臺新法規(guī)，以及對電子設(shè)備的金屬回收量作出要求，這些將大大提升生物冶金研究的價(jià)值。弗朗索瓦·格羅斯是巴黎綜合理工學(xué)院的畢業(yè)生，其研究方向?yàn)椤盎厥赵倮迷诮?jīng)濟(jì)體系中的作用”，他肯定地說道：“如此一來，人們將不會再以嚴(yán)苛的經(jīng)濟(jì)效益標(biāo)準(zhǔn)來評判研究項(xiàng)目的價(jià)值所在。盡可能多地回收電子設(shè)備的金屬將成為未來最大的目標(biāo)?！?/p>

[編譯自法國《趣事》]

編輯：侯寅