Светлана Чачина: «Материал для своей разработки я собирала по озёрам и болотам»

В Омском государственном техническом университете создали микробиологические препараты, которые могут извлекать железо, золото, медь и другие ценные металлы буквально из мусора – пустой породы, золошлаковых отходов и старых сотовых телефонов.

Сегодня на некоторых предприятиях выщелачивают ценные элементы, используя при этом опасные кислоты. Разработанные же политехниками препараты биоразлагаемы и совершенно безопасны как для человека, так и для окружающей среды. Корреспонденты «Евразия сегодня» пообщались с автором исследования, доцентом кафедры «Биотехнология, технология общественного питания и товароведение» Светланой Чачиной и выяснили, почему за подобными технологиями – будущее.

– Почему вы занялись темой биовыщелачивания редкоземельных элементов из пустых пород? Ведь, казалось бы, в России нет нехватки в полезных ископаемых, в том числе в металлах.

– По предварительным оценкам, уже с 2030 года у нас начнется ресурсный кризис. Самое позднее – с 2050-го. Потому что запасов железа осталось на 40 лет, меди – примерно на 30-40, марганца – на 30, золота – на срок от 12 до 37 лет. Ресурсы мы исчерпываем, потому что выпускаем большое количество техники: сотовые телефоны, радиотехнику, машины. Все это делается из металлов. И, конечно же, редкие металлы идут на производство катализаторов для радиотехники, нефтехимии, они используются в электронике. Представьте: они закончатся через 30 лет, и что будут делать тогда наши дети и внуки? Поэтому уже сегодня существуют технологии химического выщелачивания, когда на аффинажных заводах перерабатывают отходы с помощью кислот: соляной, азотной и других. Но, во-первых, это очень опасно. Во-вторых, на эти заводы отходы еще нужно довезти. Моя основная идея заключается в том, чтобы извлекать металлы из тех отходов, которые на предприятия сложно и затратно доставлять (например, пустую породу).

К тому же все эти отходы загрязняют окружающую среду. Вот стоит где-нибудь завод по добыче алюминия или железа. Он извлекает только эти металлы. А другое ему невыгодно извлекать. Так образуется пустая порода, которая может содержать 10-15 % марганца, чуть-чуть меди, буквально крупиночки. Вокруг предприятий скапливаются горы пустой породы, которые загрязняют окружающую среду и занимают сельскохозяйственные земли. А ведь там тоже есть металлы. И сейчас мы приходим к тому, что нужно уже эти металлы выщелачивать.

– Когда вы решили заняться этой темой?

– По-моему, в 2018 году, когда я получила биотехнологическое образование, на федеральном уровне было заявлено о программе, в рамках которой объявили гранты на создание препаратов для выщелачивания. Общая сумма составляла около 1 млрд рублей, и мы решили попробовать. Грант тогда не выиграли, но я решила, что всё равно придумаю метод биовыщелачивания. Так как штаммы микроорганизмов довольно дорогие и у меня не было возможности их купить (в России препаратов для биовыщелачивания нет), я решила выделить их сама. Ездила по различным болотам, озёрам, собирала биологический материал. И потом выделяла микроорганизм для выщелачивания железа, отдельно – для марганца, меди и золота. То есть сначала были комбинированные препараты, содержащие целую смесь бактерий. Но мне сказали, что это неинтересно и нужно их разделить. Я выделяла чистые культуры, идентифицировала их на спектрометре и потом отправляла в Москву, где мне расшифровали их ДНК и определили точную родовую принадлежность. После этого я создала препараты. Каждый из них состоит из определенного штамма микроорганизма.

Потом я разработала отдельную среду для каждого металла (там определенный минеральный состав, который отличается сотыми долями миллиграмма), поместила туда пустую породу, добавила препарат, и начинался процесс выщелачивания. Кстати, эту породу мне привозили мои студенты из Казахстана: у нас такую сложно найти, она железо-, марганец- и золотосодержащая, а там много таких месторождений.

– Что из себя представляет процесс биовыщелачивания? Как происходит выделение металлов?

– Сначала мы измельчаем породу на очень мелкие фракции. Потом, допустим, на 10-20 граммов породы наливаем 100 мл среды и добавляем 5 мл препарата, ставим на шейкер. Через неделю уже появляется результат: выделяется железо. Очень важно как можно мельче раздробить породу: чем теснее контакт с ней микроорганизма, тем получается лучше эффект. Как же работают бактерии? Есть бактерии хемолитотрофы, хемосинтетики, которые питаются неорганическими веществами. Вот мы с вами гетеротрофы, питаемся органическими веществами. Неорганическим углеродом за счет солнечной энергии питаются автотротрофы. А есть хемотрофы, которые окисляют железо, марганец, водород, серу и другие минералы. Их мы и используем. Эти бактерии контактируют с поверхностью минерала и после этого начинают выделять в среду содержащиеся в нем металлы, разные кислоты и экзоферменты. Они откладывают металл в капсулы – у них получается своего рода защитная оболочка, домик из железа. Но так как бактерии живые, они начинают в этом домике задыхаться и выползают из него. Домик падает, и они делают себе новый домик. Одни бактерии выделяют железо, другие – марганец, третьи выделяют медь. Всё это попадает сначала в раствор в коллоидном состоянии, потом оседает на дно. И дальше можно отделять эти металлы центрифугированием. В идеале, конечно, лучше проводить электролиз, но это очень дорого. Поэтому мы пока в своих исследованиях осаждаем металл сорбентами: активированным углём или хитозаном. Но в будущем я думаю довести этот процесс до ума и осаждать металлы путем электролиза.

– Получается, что можно извлекать все до последней крупицы из, казалось бы, пустой породы?

– Не только породы – вообще любых металлосодержащих отходов: платы сотовых телефонов, золы ТЭЦ. Например, переработка 1 млн штук сотовых телефонов позволяет получить 16 тонн меди, 350 кг серебра, 34 кг золота и почти 15 кг палладия. Технология вообще на самом деле простая. У нас есть два завода, опытные предприятия, которые только начинают внедрять биовыщелачивание. А я предлагаю не везти отходы так далеко на переработку, а делать это прямо на местах – в Норильске, Екатеринбурге, на местах золоотовалов.

– Я знаю, что при выщелачивании металлов сильной кислотой остаются так называемые хвосты. И эти отходы очень сложно утилизировать. Создаются специальные хвостохранилища, которые наносят колоссальный ущерб экологии. А оставляет ли после себя подобные хвосты биовыщелачивание?

– Нет, все препараты биоразлагаемы. Мы используем непатогенные микроорганизмы, именно хемотрофы, которые не причиняют вреда человеку. То есть они не могут жить в организме человека, не причиняют вреда почве. Даже напротив, если они попадут в почву, то будут выщелачивать минералы из почвы, будут служить источником в цепях питания. В фильтрате содержатся органические кислоты и микроорганизмы, из которых можно сделать концентрат или биоудобрение. Единственное, только нужно будет нейтрализовать кислотность, можно сделать это известью, которая тоже не причинит вреда экосистемам.

– И остается уже полностью пустая порода?

– Да, но не сразу. На следующий год мы повторяем тот же процесс: металлы еще очень-очень долго можно выделять. В других странах стараются максимально извлечь все. Так, в Чили используют технологию чанового выщелачивания, даже если в тонне породы есть всего 1 % золота. Другой вопрос, что для бактерий нужны определенные условия: температура должна быть не ниже 20 градусов. Данные технологии активно используются в Америке, в Африке, что связано с постоянными высокими температурами. А у нас теплый период длится всего 5 месяцев, поэтому если делать это на открытом пространстве, то весь процесс будет ограничен по времени. Поэтому рекомендуется процесс повторить несколько раз.

Таким способом можно выщелачивать металлы и из золы, в ней тоже содержится много продуктов сгорания металлов. К тому же золоотвалы загрязняют окружающую среду. Они радиационно опасны и канцерогенны, а пыль, зола и сажа разносятся на несколько километров. Их можно также покрывать дренажной системой, поливать кислотой и выщелачивать металлы. Только я не экономист, не могу просчитать экономическую эффективность этого процесса. Но точно будет польза для экологии. К тому же полностью пустую породу можно использовать, например, в строительстве дорог.

– На каком этапе вы находитесь сейчас?

– Мы пытаемся получить патент. Я в нем подробно расписываю, сколько чего нужно взять по граммам, по миллилитрам, к чему добавить, смешать – получается как кулинарный рецепт. Но пока запатентовать технологию очень сложно и дорого: только чтобы отправить патент, нужно 20 тысяч рублей. И проблема в том, что они постоянно возвращают документацию на доработку.

– А это возможно – производить препараты в лабораторных условиях?

– Да, мы можем это делать, но только в небольшом количестве. Но для этого в любом случае надо получить лицензию. К тому же у нас нет технологии концентрирования и высушивания. Мы можем делать только жидкие препараты, которые хранятся недолго. Поэтому я буду только рада, если препараты для биовыщелачивания сможет производить и продавать какое-то предприятие, которое уже имеет это оборудование и лицензию. Главное, чтобы это приносило пользу окружающей среде.

Мария Седнева

Фото предоставлены пресс-службой ОмГТУ