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利用植物萃取土壤金屬的「植物採礦」由於對環境更加友善，越來越被學界重視。黃芥菜示意圖。（路透）
黃芥菜能吸收土壤中的鎳
〔財經頻道／綜合報導〕隨著全球科技競爭與能源轉型加速，稀土資源的重要性正迅速攀升，但傳統金屬採礦往往對環境造成嚴重破壞，通常涉及大規模砍伐森林，也會產生有毒尾礦與廢棄物，可能滲入環境，危害人類與野生動物。由於加工過程高度耗能，也常伴隨大量溫室氣體排放。利用植物萃取土壤金屬的「植物採礦」（Phytomining）概念由於對環境更加友善，越來越被學界重視，儘管目前還沒有任何植物採礦技術實現商業化，但前景可期。
《德國之聲》報導，在阿爾巴尼亞北部的一片田地上，農民正穿梭於一排排黃芥菜間進行作業，而他們收穫的作物並非這些植物，而是重金屬「鎳」，這種種植的作物，是目前學界已知的721種「超累積植物」（Hyperaccumulator）之一。
科學界把能吸收土壤中一種或多種重金屬的植物，稱為超累積植物，它們演化出將這些重金屬儲存在莖、葉或汁液中的能力，這是一種帶有毒性的防禦機制，用來對抗掠食者與病原體；但對植物本身而言，這些金屬並不會造成傷害。
而阿爾巴尼亞這片田地土壤中的鎳含量過高，不適合種植糧食作物；但同時又不足以支撐傳統礦場開採。根據新創公司Metalplant共同創辦人馬茨納（Eric Matzner）的說法，這正是植物採礦的理想條件。該公司在特羅波耶（Tropoje）附近經營一塊10公頃的試驗農地。
報導提到，齒絲薺屬（Odontarrhena）植物會吸收並儲存金屬，當植物被收割並乾燥後，其乾重中約有2%是鎳。Metalplant將植物研磨並焚燒，留下灰燼濃縮物，也就是所謂的「生物礦石（bio-ore）」。這些灰燼會經過清洗，並利用硫酸轉化為液體，再經過過濾與結晶，製成硫酸鎳，這是一種需求極高的原料，廣泛用於大型電池，例如電動車電池。
新創公司Metalplant在特羅波耶附近經營一塊10公頃的試驗農地，利用齒絲薺屬（Odontarrhena）植物採鎳。（圖擷取自Metalplant官網）
龍莓草可提取稀土金屬
無獨有偶，另據《Gizmodo》報導，北卡羅萊納州立大學（NC State）生物化學家多爾蒂（Colleen Doherty）的研究團隊，也宣布了一項新的技術，使得從北美洲常見的原生植物「美洲商陸」（Phytolacca americana，又稱龍莓草）中提取稀土金屬成為可能。
多爾蒂的團隊將美洲商陸種植於酸性礦山排水污泥中，這是一種常見且通常富含重金屬的廢棄物，為了讓植物採礦技術最佳化，團隊使用螢光光譜技術（fluorescence spectroscopy），比傳統方法更溫和測量這些植物體內稀土物質的濃度。
而傳統測量方法「電感耦合電漿質譜」（inductively coupled plasma mass spectroscopy）需將植物樣本燒成灰燼。多爾蒂表示：「新方法非常快速，且不會破壞植物，使我們能重複測試同株植物。」這種非破壞性的持續監測，有助稀土元素濃度達最佳狀態時採收植物。
科學家最早在1980年代開始使用超累積植物，來清理受到礦場或冶煉廠污染的土壤。但直到1990年代，科學家才開始思考：如果把植物吸收的這些貴重金屬加以利用會怎樣？這個概念被稱為「植物採礦」（Phytomining）。
據《bioGraphic》報導，截至目前為止，大多數植物採礦都集中在鎳上，在已知的721種超累積植物中，有超過500種能夠吸收鎳。對這些植物而言，這與所有複雜的演化特徵一樣，為了生存。
最新研究使從北美洲常見的原生植物「美洲商陸」中提取稀土金屬成為可能。（圖擷取自Wikipedia）
蛇紋岩土壤 富含金屬鎳
全球各地因地質組成不同，部分土壤富含鎳，例如由蛇紋岩（Serpentine）或超基性岩（Ultramafic Rock）構成的土壤，而對大多數植物來說，高濃度的鎳具有致命性；但超累積植物已演化出將金屬吸收進自身組織的能力，使原本有毒的土壤反而成為生長優勢。一些科學家認為，這些植物體內高濃度的鎳，甚至有助於抵禦病原體與昆蟲啃食。
美國能源部旗下的高等研究計畫署能源部門（ARPA-E）2024年宣布，將在未來數年內提供總額990萬美元的7項補助，推動鎳植物採礦技術的發展，目標是從美國本土供應鎳。這些潛在來源包括加州與奧勒岡州廣泛分布的蛇紋岩土壤，以及賓州與馬里蘭州交界地區，總面積超過4萬平方公里。
其中一項ARPA-E補助提供給包含密西根理工大學植物生物學家達塔（Rupali Datta）在內的研究團隊，達塔與合作夥伴正研究土壤化學和微生物，並最佳化多種已知超累積植物，以及香根草（Chrysopogon zizanioides）植物採礦潛力中的角色。香根草是一種生長快速的植物，達塔過去曾將其用於清除鉛污染。
香根草是一種生長快速的植物，專家正研究其在植物採礦潛力中的角色。（法新社）
鈷、鉈與硒 也是植物採礦重點
另一方面，總部位於德拉瓦州的公司Metalplant，正與位於康乃狄克州的生技公司Verinomics合作，利用補助進行齒絲薺（Odontarrhena chalcidica）的基因改造。Metalplant目前已在齒絲薺的原生地阿爾巴尼亞成功用於鎳採礦，但Metalplant希望進一步最佳化其吸收鎳的能力，並避免其在北美種植時成為入侵物種。
報導提到，除了鎳之外，植物採礦在回收其他礦物方面也展現潛力，特別是鈷、鉈與硒，甚至可能應用於稀土元素的提取，若植物採礦能開闢取得稀土的新途徑，協助礦業企業衡量並降低環境影響的顧問公司Minviro的地球化學家布里奇斯（Lydia Bridges）表示：「那將是非常驚人的突破。」
儘管植物採礦直到目前都尚未有商業化案例，但已有多家植物採礦新創公司開始商業化運作，科學家也已辨識出少數天然具備稀土累積能力的超累積植物。布里奇斯指出，利用植物開採稀土，將是邁向關鍵礦物安全、同時兼顧永續性的重要一步。但她也提醒需要留意環境負擔轉移的問題。換句話說，儘管植物採礦是一項令人期待的創新，但無論是針對稀土或其他金屬，都不能被視為萬靈丹。
荷蘭瓦赫寧根大學（University of Wageningen）的植物生物學家范德恩特（Antony van der Ent）指出，大規模種植超累積植物，將帶來與其他工業化作物相同的環境問題，包括農藥與肥料流失、水資源過度使用，以及單一物種種植對在地生物多樣性的破壞。范德恩特補充指出，建立從大量植物生物質中提取金屬的基礎設施，是「植物採礦面臨的最大挑戰」。
傳統金屬採礦往往對環境造成嚴重破壞，利用植物開採稀土，將是邁向關鍵礦物安全、同時兼顧永續性的重要一步。（歐新社）
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