Khi cây lưu giữ kim loại nặng chúng có thể giúp làm sạch đất

Từ Thư viện Khoa học VLOS
Bước tới: chuyển hướng, tìm kiếm

Một số loài cây có thể hút và và lưu giữ kim loại nặng, do đó chúng có thể giúp làm sạch đất bị ô nhiễm và tách chiết những kim loại quý từ đất thông qua quá trình thu hồi các nguyên tố hữu ích – tất cả được thực hiện một cách tự nhiên mà không cần phải dùng đến cuốc xẻng.

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Công nghệ và Mỏ Freiberg sử dụng cỏ canary để lấy chiết gecmani từ mặt đất.

Nhu cầu của chúng ta về các kim loại cũng lớn như nhu cầu về dầu mỏ. Trên thực tế, với việc thực hiện một số dự án phát triển xe điện thì nhu cầu của chúng ta về kim loại thậm chí còn vượt qua cả dầu mỏ.

Vấn đề là kim loại quý thì không dễ dàng để tách chiết. Ví dụ như nguyên tố germanium là một á kim quý và là vật liệu quan trọng để sản xuất linh kiện bán dẫn transistor. Kim loại này có độ nhạy rất lớn với tia hồng ngoại nên cũng được dùng làm nguyên liệu sản xuất kính đi đêm và các cảm biến đo khoảng cách ở ô tô.

Không chỉ có vậy, germanium còn được dùng để làm ra những cái chai nhựa PET (chai nhựa có thành phần nhiệt nhựa dẻo polymer) - khoảng 1/3 nhu cầu thế giới về germanium là để sản xuất chai nhựa PET. Trong trường hợp này, germanium có khả năng làm cho các chai nhựa trở nên trong hơn.

Tuy vậy germanium lại khó khai thác. Dẫu cho nguyên tố này cũng là chất bán dẫn như silicon và có thể được tìm thấy trong lòng đất ở khắp nơi trên thế giới nhưng lại ở dạng rất phân tán. Một tấn đất thông thường chỉ chứa khoảng 1,5 gram germanium. Việc tách chiết germanium theo phương pháp khai mỏ truyền thống rất tốn kém.

Vì vậy, giới công nghiệp thường thu thập germanium từ tro xỉ trong những nhà máy nhiệt điện than và tro xỉ từ quá trình luyện quặng kẽm. Giá một kg germanium vào khoảng 2.000 euro (tương đương 2.225 đô la).

Cây dương và cây cải dầu cũng phù hợp với "nhiệm vụ" hút và tách chiết kim loại.

Germanium được tìm thấy trong vùng mỏ bang Saxony, Đức. Nhà hóa học Clemens Winkler đã khám phá ra nguyên tố này từ năm 1886 trong một thị trấn ở Freiberg. Ngày nay giáo sư Hermann Heilmeier đang cố gắng dùng một phương pháp mới để đưa loại á kim quý này ra khỏi lòng đất.

Cây là kho tích lũy

Tại trường Đại học Công nghệ và Mỏ Freiberg, các nhà sinh học dùng cây để tách chiết germanium từ đất và đưa nguyên tố này đến thân và lá. Giáo sư Hermann Heilmeier và nhóm nghiên cứu của ông đang thực hiện thí nghiệm trên cây sậy hoa vàng (reed canary grass).

“Loại cây này thường mọc phổ biến ở các cánh đồng cỏ ngập nước. Ở miền nam Scandinavia, nông dân thường trồng nó để làm chất đốt,” Heilmeier cho biết.

Cây thân cỏ có đặc tính “siêu tích trữ”. Chúng có thể hút axít silic và lưu trữ silicon dưới dạng nhỏ như các hạt cát trong lá. Đây cũng là cách chúng tự bảo vệ mình trước những kẻ thù của mình. Như chúng ta đều biết, cát chẳng ngon lành gì nên khi trữ chúng trong lá thì các loại thân thảo cũng khó xơi.

Cây sậy xử lý germanium cũng theo cách này. Sau mùa thu hoạch, sậy được phơi khô và đốt. Số lượng nguyên tố này trong tro không còn ở mức cao nhưng vẫn vượt trội so với lượng germanium trong đất – một tấn tro có thể chứa tới 100 gram germanium.

Khi-cay-luu-giu-kim-loai-nang-chung-co-giup-lam-sach-dat-3.jpg

Cây hút kim loại nặng khỏi đất

Còn có nhiều loại cây khác phù hợp hơn với việc tách chiết kim loại nặng, ví dụ như các cây họ cải (Brassicaceae) với đại diện xuất sắc là cây cải dầu. Loại cây này có chứa một lượng axít amin sulfur cao đến mức nó có thể nguy hiểm với cả hươu nai.

Các axít amin liên kết với kim loại, một trong số chúng là histidine, một axít amin mạnh trong việc vận chuyển nickel từ rễ đến chồi non của cây. Đây cũng chính là những gì giáo sư Ute Krämer tìm kiếm, ông là trưởng khoa Khoa sinh học phân tử, Đại học Ruhr tại Bochum.

Krämer đang nghiên cứu về Arabidopsis halleri, một cây họ Cải có khả năng hút các loại kẽm và cadmium.

“Những cây họ Cải không chỉ có khả năng hút các chất ô nhiễm khỏi đất mà còn có thể tích tụ các kim loại quý với tốc độ kỷ lục”, Krämer nói. Các kim loại có thể được tái chế thành vật liệu thô theo cách ít tốn kém.

Khi-cay-luu-giu-kim-loai-nang-chung-co-giup-lam-sach-dat-4.jpg

Nhưng vào thời điểm này thì tất cả mới là nghiên cứu cơ bản. Krämer vẫn còn muốn tìm đáp án cho hai câu hỏi: "liệu có phải các cây dùng kẽm và cadmium để tự vệ trước bệnh tật?" và "những quá trình vi sinh hay sinh lý nào tham gia vào việc tách chiết kim loại, vận chuyển chúng và tích tụ chúng trong lá cây?"

Người ta mới biết rằng cây tích trữ kim loại ô nhiễm tại hai nơi; một trong thành tế bào, do mang điện tích âm nên thu hút các ion kim loại; hai là vô bào, một "nhà kho" bên trong tế bào có khả năng cất trữ chất lỏng.

"Đó là nơi các kim loại được liên kết, với sự hỗ trợ của các axít hữu cơ như axít citric", Heilmeier giải thích.

Nguồn nickel

Các nhà khoa học có một danh sách các loại cây mà họ có thể lựa chọn cho nghiên cứu, việc lựa chọn phụ thuộc vào kim loại mà họ muốn tìm kiếm và loại đất, điều kiện môi trường mà họ phải giải quyết. Họ có thể chọn ngô hay hướng dương, thậm chí cả cây thân gỗ.

Một trong những loài nhiều hứa hẹn là Pycnandra acuminata, một cây trong họ Hồng xiêm ở New Caledonia ở tây nam Thái Bình Dương. Nó có khả năng tích tụ nickel bởi trong nhựa vỏ cây của nó chứa 1/4 kim loại.

Các loại liễu và dương cũng có xu hướng tích tụ kim loại, đặc biệt trong lá. Để tách chiết kim loại, người ta có thể gom lá trong mùa thu với máy hút chân không. Nhưng cách làm này không kinh tế vào thời điểm hiện tại.

Nhiều ý tưởng nghiên cứu vẫn còn quá tốn kém để áp dụng. Nhưng có một ví dụ đã thành công khi thực hiện tại ven hồ Ohrid tại Albania. Cây hoa ngàn sao thuộc họ Cải (Alyssum murale) lớn lên ở đây, ở gần một mỏ nickel cũ tên là Gur-i-Kuq (Đá đỏ). Trên thực tế, loại cây này phát triển thành "bức tường hoa". Tro của nó chứa nhiều nickel đến mức nông dân có thể bán chúng với giá 80 đô la một tấn cây khô (khoảng 72 euro).

Từ nay cho đến lúc việc áp dụng khả năng thu hồi các nguyên tố kim loại có thể sinh lời, giá cả của các loại kim loại có thể vẫn tăng lên. Vì vậy các loại cây siêu hấp thụ kim loại có thể được dùng để giữ cân bằng các vùng đất ô nhiễm bởi chất thải khai mỏ. Các loại cây này có thể chuyển các chất gây ô nhiễm vào cơ thể dưới dạng các hợp chất ít nguy hiểm hơn và ngăn chúng không tràn ra môi trường.

Nguồn

Liên kết đến đây