Бактерии против батареек — природа сама начала очищать планету от отходов технологий

Учёные из Бостонского колледжа сделали открытие, которое может изменить подход к переработке аккумуляторов. Они обнаружили микроорганизм, способный буквально "питаться" элементами, содержащимися в батареях. Это открытие не только удивило биологов, но и дало надежду экологам: переработка может стать безопаснее, дешевле и полностью естественной.

Речь идёт о бактерии Acidithiobacillus ferrooxidans (Atf) - жителе кислотных сред, известном своей способностью использовать металлы в качестве источника энергии. До недавнего времени такие микроорганизмы рассматривали лишь как фактор разрушения промышленных конструкций, но теперь они могут стать спасением от гор аккумуляторных отходов, растущих вместе с развитием электромобилей и портативной электроники.

"Мы изучаем возможность выращивания бактерий на материалах, уже присутствующих в батареях. Это важный шаг вперёд", — сказал профессор химии Дунвэй Ван, руководитель проекта.

Сравнение традиционной и биологической переработки аккумуляторов

Как бактерии "поедают" батареи

Механизм работы Atf основан на её способности окислять железо и получать из него энергию. Учёные проверили, сможет ли бактерия выживать на материалах старых аккумуляторов и при этом извлекать полезные элементы, пригодные для повторного использования.

Результаты превзошли ожидания: Atf не только выживала, но и активно размножалась, превращая металлические компоненты батареи в растворимые формы. Особенно интересно, что для этого не требовались сульфаты, которые обычно добавляют в лабораторных условиях, но которые токсичны и трудны в транспортировке.

"Активность бактерии не зависит от сульфата. Это открывает путь к более безопасной переработке без необходимости транспортировки токсичных химикатов", — пояснил Ван.

Эксперименты показали ещё один неожиданный результат: бактерии лучше росли на нержавеющей стали, чем на чистом железе. Учёные предполагают, что сталь служит источником сразу нескольких микроэлементов, необходимых для роста бактерий.

"То, что нержавейка работает эффективнее, стало сюрпризом. Это важно, поскольку такой материал встречается чаще, чем чистое железо в реальных аккумуляторах", — добавил учёный.

Ошибка — Последствие — Альтернатива

• Ошибка: использовать химические реагенты для извлечения металлов.
  Последствие: образование токсичных отходов, загрязнение воды и воздуха.
  Альтернатива: внедрение биопереработки с помощью безопасных микроорганизмов.

• Ошибка: хранить батареи на полигонах.
  Последствие: постепенное выделение тяжёлых металлов в почву.
  Альтернатива: сбор и переработка с применением биотехнологий.

• Ошибка: сжигать старые аккумуляторы.
  Последствие: выброс токсичных газов, включая соединения лития и кадмия.
  Альтернатива: низкотемпературное разложение с помощью бактерий.

А что если бактерии смогут перерабатывать все аккумуляторы?

Исследователи уже рассматривают возможность адаптации Atf к разным типам батарей — литий-ионным, никель-кадмиевым, свинцовым. В будущем такая технология позволит создавать "замкнутый цикл", где старые батареи служат сырьём для новых, без участия вредных кислот или печей.

Если процесс удастся масштабировать, появятся целые биотехнологические заводы, где переработка будет напоминать ферментацию, а не промышленную плавку.

Плюсы и минусы биопереработки

FAQ

Можно ли уже перерабатывать батареи с помощью Atf в промышленных масштабах?
Пока нет. Исследования находятся на экспериментальной стадии, но первые результаты обещающие.

Какие металлы бактерии способны извлекать?
Прежде всего железо, но также медь, никель и кобальт — ключевые элементы аккумуляторов.

Опасны ли бактерии для человека?
Нет. Acidithiobacillus ferrooxidans безвредна и используется в микробиологической промышленности десятилетиями.

Будет ли процесс дороже традиционного?
Наоборот, себестоимость ниже: не требуется энергия для плавки и дорогостоящие химикаты.

Сколько времени занимает переработка одной партии батарей?
Пока 2-3 недели, но учёные работают над ускорением цикла до нескольких дней.

Мифы и правда

• Миф: биопереработка неэффективна для промышленных объёмов.
  Правда: технология развивается, и уже сейчас в Китае и США создаются пилотные установки.

• Миф: бактерии опасны для экосистемы.
  Правда: они существуют только в кислой среде, вне которой быстро погибают.

• Миф: восстановленные металлы хуже по качеству.
  Правда: испытания показали, что катоды из "бактериальных" материалов не уступают заводским.

Исторический контекст

Идея использовать микроорганизмы для добычи металлов появилась ещё в середине XX века, когда микробиологи заметили, что некоторые бактерии "разъедают" сульфидные руды. Эти процессы легли в основу технологии биовыщелачивания, применяемой в золотодобыче и медной промышленности. Сегодня тот же принцип возвращается — но уже для экологичной переработки отходов электроники и аккумуляторов, что особенно актуально в эпоху электромобилей.

Три интересных факта

1. Acidithiobacillus ferrooxidans способен выживать при pH 2 — кислотности, сравнимой с уксусом.

2. По оценкам аналитиков, переработка батарей бактериями может снизить выбросы CO₂ на 60%.

3. В будущем бактерии могут стать частью "живых фабрик", где отходы превращаются в сырьё без участия человека.