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科学家尝试从真菌和废料堆中寻找新的稀土解决方案
科学家尝试从真菌和废料堆中寻找新的稀土解决方案科学家尝试从真菌和废料堆中寻找新的稀土解决方案
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随着各国开始重视稀土矿藏的取得，科学家指出，这些备受觊觎的原材料其实近在眼前——甚至完全不需要传统采矿就可获得。
在奥地利一间实验室里，两位科学家正观察一种真菌的生长。发育中的真菌会形成庞大的微观网络，称为菌丝体（mycelia），钻入四周的缝隙，搜寻、蔓延并摄取养分。真菌透过数以百万计、类似根系的纤细菌丝汲取营养，某些真菌也会吸收其他物质——那些人类想要的东西。
维也纳大学（University of Vienna）的这个实验室里，这株实验用真菌被放在培养皿和透明塑胶袋中，生长于特制黏土之上，黏土刻意掺入了稀土元素。这些抢手的元素被广泛用于电池、磁体、可再生能源设备和各类科技产品。研究人员想知道真菌能否替他们“萃取”出稀土。“或许我们真的能把资源回收。”该校高分子与复合材料工程研究组负责人亚历山大·毕斯马克（Alexander Bismarck）说。
所谓稀土，是指17种性质彼此相近的金属元素，如镝、钇、钪等。尽管称为“稀土”，它们其实并不稀少，而是几乎遍布地表各处。真正的挑战在于，多数地点的浓度都很低，难以大量提取。
随着稀土用途日益广泛，全球关注度不断攀升。美国总统特朗普表示，美国将斥资120亿美元建立稀土“战略储备”，并积极寻求取得乌克兰和格陵兰的稀土矿藏。目前，中国在稀土产业中居于主导地位，约70%的稀土开采与90%的加工都在中国境内完成。
世界各地的研究团队正在寻找取得这些元素的新途径——从利用真菌的力量，到从庞大的工业废弃物堆中分离稀土的技术。所有发达经济体都在不同程度上需要稀土，包括美国在内的许多国家，或许可以在本土从废弃物中回收更多所需稀土，藉此减少甚至免除在国际间为争夺稀土而角力。
毕斯马克表示，维也纳大学实验室内的真菌需要数周才能长成。他和同事、材料科学家米契尔·琼斯（Mitchell Jones）展望未来能在更大规模上运用真菌，例如从遭工业污染的土地中回收稀土。“我们真的可以在相当大的区域进行，而且可用现有农机设备轻松收集这些生物质，”琼斯也坦承这条路还很漫长，“说到底，现在仍有些想象的成分。”
在野外，像牛肝菌这类真菌物种能自然收集稀土元素。
本质上，这是一场对真菌的“再赋能”。真菌在生态系中扮演重要角色，但也可能引发疾病，或在实验室里污染容器和样本。不过，让真菌替人类工作可能是个好主意：它们生命力强、能在黑暗中存活，且生长速度远快于大多数植物，因此特别适合用来清理工业污染场址——这称为生物修复（bioremediation）。而在这个案例中，修复同时伴随有用矿物的回收。毕斯马克和琼斯把此构想称为“真菌采矿（mycomining）”，并于2024年发表论文阐述。
采集之后，真菌可以被加工成沼气作燃料燃烧，并再从生成的灰烬中分离稀土。毕斯马克和琼斯强调，这种回收稀土的方式也许顶多是补充性手段。举例而言，在溶解的电子废弃物（旧电脑与其他设备）中，铈的浓度可能高达5.5万亿分之一（ppb）；但在真菌体内，铈的浓度可能仅约 350ppb。此外，大规模栽培真菌可能带来环境风险。“你是否会改变当地的自然微生物群落？这样又可不可以？”琼斯说。
不只他们在研究真菌。亚利桑那大学的奥娜·斯诺延博斯—韦斯特（Oona Snoeyenbos-West）表示，她计划创办一家新创公司，探索利用真菌进行生物修复与关键矿物（特别是稀土和铜）的生物回收。她说，真菌可从工业区及受污染地区取得，这些真菌或已在基因方面适应了吸收相对较高浓度的稀土。
在实验室中，曲霉属（Aspergillus）的真菌被用作“真菌采矿（mycomining）”稀土的模型系统之一。
威斯康辛大学麦迪逊分校（University of Wisconsin–Madison）环境研究副教授、《稀土前线》（Rare Earth Frontiers）的作者朱莉·克林格（Julie Klinger）认为，这些新路径值得尝试：“想办法在不挖坑的情况下取得所需材料，我认为这正是我们的方向。”她提到一项2025年的研究指出，美国工业所需的大量关键矿物（包含稀土）其实已散落在美国各地的废弃物堆中。“若我们以全新角度看待废弃物，关于稀缺与丰裕的图像会截然不同。”
约15年前，法国公司罗地亚（Rhodia）宣布，已开发出从报废萤光灯管中萃取稀土的流程。之后罗地亚被索尔维（Solvay）收购。索尔维的发言人表示，随着LED照明普及，丢弃的萤光灯管大幅减少，公司如今已不再以该方式回收稀土。
但可利用的废料依然很多。采矿后的尾矿可能是稀土的“热点”，例如美国加州的山口关（Mountain Pass）稀土矿尾矿。克林格建议，可直接再加工尾矿，以取得其中残留的稀土。
“我认为我们所需的一切稀土，都在废弃物里。”得州莱斯大学（Rice University）化学、电脑科学与材料科学纳米工程教授詹姆斯·图尔（James Tour）说。他和同事开发出一种流程，可从多种来源（包括废弃磁体）回收稀土。
该方法名为瞬间焦耳加热（flash joule heating）：透过电流让材料在极短时间内升至高温；材料的电阻产生焦耳热，使其温度达数百甚至数千摄氏度。
被加热材料中的目标元素会与含氯化合物键结。“我们让它黏上氯，接着它会以气相形式挥发出来，我们再把它捕捉。”将该技术授权进行产业应用的Metallium公司执行长麦可·沃尔许（Michael Walshe）说。
图尔补充：“我认为这能适用于所有稀土磁体。我们已在几种最常见的型号上测过，都有效。”
作为传统采矿来源的稀土矿石，在处理过程中需要耗费大量能源与资源。
这套瞬间焦耳加热技术也能应用于含稀土的燃煤灰（coal ash）与铝土矿赤泥（bauxite residue／red mud）。与传统自矿石提取稀土的流程相比，它所需的能源少多了，而且设备可携带、可机动部署，“我们能把设备组装在滑橇底座上，直接装上卡车。”图尔说。不过，要把化学性质极为相近的稀土彼此分离，仍是“最难的部分”。
得州大学奥斯汀分校（University of Texas at Austin）经济地理局的水文地质学家布丽姬·斯坎隆（Bridget Scanlon）指出，美国境内累积了数以百万吨计含稀土的煤灰与赤泥。“燃烧煤炭的过程会浓缩稀土，因为稀土被残留在灰里。”她和同事在2023年发表研究，估算仅美国的煤灰堆中所含稀土的价值就达84亿美元。
她同时表示，美国约有3000万吨赤泥，其中稀土浓度约为天然地壳的10-20倍。斯坎隆的学校正与ElementUSA合作，开发从包括赤泥在内的废料中提取稀土的方法。该公司执行长艾利斯·沙利文（Ellis Sullivan）表示，具体流程属于商业机密，但会使用酸浸和溶剂萃取，以不同溶剂分相分离物质。
传统的稀土采矿过程往往会产生污染。
ElementUSA计划尽可能回收镓（gallium）和钐（scandium）。以钐为例，它可用于降低飞机质量的金属合金，潜在减重可达15%或以上，从而减少燃料消耗与航空排放。沙利文表示，原型工厂预计2028年开始运转，全规模工厂则将在2029年底或2030年初跟进。
克林格认为上述方法都前景可期。但她也强调：之所以会有如此多稀土“躺”在废料中，正是因为至今从废料中回收的成本或技术门槛较高，往往不如传统采矿划算。尽管稀土用途广泛，其价格其实不如某些金属那般高昂。“真正棘手的是，稀土的价格定位和白金、黄金等金属本质不同。”她说。
这也解释了为什么各个计划都在思考，是否能同时回收其它材料来提高经济性。例如：煤灰中的碳可用于制作滤水器。沙利文表示，除了镓与钐之外，ElementUSA也打算从赤泥中回收铁，另一方面，透过真菌回收稀土所产生的沼气也具有燃料价值。
一旦其中任何一条路径被证明经济可行，收获将非常可观。不仅各国或可在国内取得更多稀土、降低进口依赖，还可能同步整治受污染环境。
传统上，巨量的煤灰、尾矿与赤泥难以处理且成本高昂。但若新流程能在回收稀土的同时完成环境修复，产业界和环保人士或许就不再为“如何处置废料”而对立了，反而能形成一种“共生”。克林格补充道：就像把真菌从威胁变成了盟友。
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