Мнение эксперта МИФИ: зачем нужны растения-гипераккумуляторы?

В России разработали технологию добычи редкоземельных металлов с помощью растений-гипераккумуляторов — горчицы, гречихи, подсолнечника и других. Их высаживают на техногенных отвалах, растения извлекают металлы из почвы и накапливают в биомассе. Урожай собирают, сжигают, из золы извлекают ценные элементы. За сезон в отечественных условиях можно получить два и более урожаев. По оценкам, выход может достигать до 15 тонн РЗМ в год с одного отвала. Лабораторные испытания проведены на отходах фосфогипса (Воскресенск, Балаково) и лопарита (Ловозерский ГОК). В текущем году запланированы полевые испытания в реальных условиях, в следующем — опытные посадки. Газета «Известия» опубликовала  посвященный этой технологии материал с комментарием заведующей кафедрой биологии Обнинского института атомной энергетики НИЯУ МИФИ, доктора биологических наук Людмилы Комаровой. Однако, поскольку в публикацию «Известий» комментарии нашего эксперта не вошли полностью, ниже мы публикуем полный текст комментариев Людмилы Николаевны.

Плантации горчицы. Фото: НИИМК

– Если технология фитомайнинга так проста, как пишут, почему ее не внедряют повсеместно? Какие сложности, ограничения с ее применением?

– Технология фитомайнинга известна давно. Еще в 19 веке ученые отметили, что растения могут накапливать в себе металлы. Официальным годом рождения является 1983, когда Руфус Чейни, агроном Министерства сельского хозяйства США, впервые предложил использовать растения для извлечения металлов, для ремедиации земель, загрязненных цинком. Однако только в 2003 году были проведены масштабные испытания по фитомайнингу золота в Новой Зеландии и Бразилии, а в промышленное использование по накоплению никеля технология вышла в 2025 году.

– С чем же это связано?

– Коммерческому внедрению фитомайнинга препятствуют две основные проблемы - подбор видов растений и отсутствие комплексной экономической оценки. Во-первых, требуется найти культуры с оптимальным сочетанием фитоэкстракционной способности, быстрого роста и пригодности к механизированному посеву и уборке. И при этом недостаточная урожайность биомассы с высоким содержанием редкоземельных элементов. Растениям требуется время для накопления металлов, а сам процесс имеет длительный цикл. Даже на техногенных отвалах концентрации редкоземельных элементов часто слишком низки для классического извлечения. Во-вторых, даже самые эффективные растения-гипераккумуляторы производят металлы в миллиграммах или граммах, что несопоставимо с тоннами, необходимыми для промышленных цепочек поставок. Переработка растительного сырья – дорогостоящий и технологически сложный этап. Успешный фитомайнинг требует огромных земельных участков и стабильного роста растений, что создаёт дополнительные практические трудности. Несмотря на это технология уже применяется в промышленности для никеля. На сегодняшний день существует несколько компаний, которые успешно применяют эту технологию в промышленных масштабах или находятся на стадии активного масштабирования. Ключевые игроки здесь США и Австралия, во Франции работает компания Econick, а в Албании – Metalplant. Полевые испытания показывают экономически значимые урожаи – примерно 22,6–77 кг никеля с гектара в год.

Людмила Комарова

– Каковы пути преодоления указанных сложностей?

– Пути преодоления сложностей включают такие направления как: 1) селекция и генетическая инженерия для повышения эффективности; 2) применение машинного обучения для подбора видов, прогнозирования урожайности и моделирования устойчивости; 3) переработка обогащённой биомассы в сопутствующие продукты (например, удобрения и катализаторы), что повышает коммерческую привлекательность технологии; 4) междисциплинарное и межотраслевое сотрудничество для перехода от лабораторных разработок к полевым испытаниям

– Кроме добычи редкоземов, в каких сферах может быть востребована способность растений накапливать элементы?

– Фиторемедиация (очистка окружающей среды) – это основное и наиболее широко применяемое направление. Растения могут выполнять несколько функций. Во-первых – заниматься очисткой почв от тяжёлых металлов (цинк, медь, кадмий, кобальт, марганец, хром). Растения-гипераккумуляторы могут накапливать в листьях до 5% никеля, цинка или меди в пересчёте на сухой вес. Например, ива и тополь. Также их можно использовать для очистки от радионуклидов. Например, для очистки от цезия-137 одним из наиболее эффективных аккумуляторов является водное растение – ряска малая. Для очистки от органических загрязнителей (нефтепродукты, пестициды) применяются бобовые и злаковые растения.

И еще одно направление использования подобных растений - экологический мониторинг. Растения-гипераккумуляторы могут служить индикаторами загрязнения, позволяя оценивать содержание токсичных элементов в почве без необходимости отбора и анализа большого количества проб.