نباتات تفرز معدن النيكل
قبل ستة عشر عامًا ، كانت "آيين تجوا" تستكشف بلدة سوروواكو الصغيرة في قلب جزيرة سولاويزي الإندونيسية , والتى تعتمد على التنقيب عن المعادن. كانت سوروواكو ذات يوم موطنًا لتنوع هائل من النباتات ، ولم يتم العثور على معظمها في أي مكان آخر ولكن بعد ذلك أصبحت المدينة الصغيرة مركزًا لواحدة من أكبر مناطق تعدين النيكل في العالم ، حيث قامت شركة واحدة باستخراج 5٪ من إمدادات النيكل العالمية من مناجمها.
لكن نجت بعض الشجيرات والأشجار الصغيرة من الحفر والاقتلاع الناتج عن عمليات التنقيب . في ذلك الوقت كانت تجوا حريصة على العثور على تلك النباتات النادرة التي كانت تتكيف جيداً مع محيطها الجديد الغني بالنيكل. ورأت أن هذه يمكن أن تكون "نباتات خارقة" قادرة على امتصاص مستويات عالية من النيكل من التربة وتخزينها بكميات كبيرة وبشكل مدهش. بالإضافة إلى تنظيف التربة ، يمكن إستخلاص النيكل من هذه النباتات الغنية به لتوفير مصدر بديل للمعدن مما يسمح بحصد النيكل دون تدمير النظام البيئي.
تُعرف النباتات التي تبحث عنها تجوا باسم النباتات المفرطة فى امتصاص وتخزين النيكل nickel hyper-accumulators وهي مجموعة من النباتات النادرة القادرة على تركيز 1000 ميكروجرام على الأقل من النيكل لكل 1 جرام من الأوراق الجافة.
تستخلص معظم النباتات كميات ضئيلة من المعادن الثقيلة لتنشيط بعض الإنزيمات المهمة، ويعتبر النيكل ضروري لتنشيط أحد هذه الإنزيمات الهامة لعملية ازدهار النباتات. ولكن حتى القليل جدًا من النيكل يمكن أن يسمم ويقتل معظم النباتات. ومع ذلك ، فقد طورت هذه المجموعة من قدرتها على تحمل هذا الفائض من خلال ربط المعدن داخل جدرانها الخلوية أو تخزينه في فجواتها العصارية. كما تخزن النيكل بشكل أساسي إما في براعمها أو أوراقها أو جذورها أو عصارتها.
يمكن لبعض الأنواع المحبة للنيكل مثل Alyssum murale ، الذي ينمو في إيطاليا ، أن يمتص ما يصل إلى 30 ألف ميكروجرام من النيكل لكل 1 جرام من الأوراق المجففة. البعض الأخر ، مثل Phyllantus balgoyii ، الموجود في ماليزيا ، يحتوي على نسبة عالية من النيكل لدرجة أن عصارته ذات لون أزرق وأخضر لامع. حتى الآن ، تم توثيق حوالي 450 نوعًا من النباتات المحبة للنيكل في جميع أنحاء العالم. تنمو معظم هذه النباتات في بلدان ذات تنوع نباتي أقل ورواسب نيكل أقل من إندونيسيا ، مثل كوبا (130 نوعًا) وجنوب أوروبا (45) وكاليدونيا الجديدة (65) وماليزيا (24).
من الغريب أنه تم العثور على عدد قليل جدًا من هذه النباتات في إندونيسيا ، وهي واحدة من أكثر المناطق ذات التنوع البيولوجي في العالم ولديها أيضًا أكبر ترسبات نيكل في العالم - حيث نتوقع العثور على النباتات المفرطة فى امتصاص وتخزين النيكل.
باستخدام قطعة من ورق الاختبار يتحول لونها إلى اللون الوردي على الفور عند ضغط الأوراق على عصارة النبات المحتوى على النيكل. لكن مجرد وجود النيكل لا يعني أن النبات مفرط فى الامتصاص والتراكم. في عام 2008 وبعد أربع سنوات من البحث، اكتشفت تيجوا نوعين من النباتات الأصلية المفرطة فى تراكم النيكل هما Sarcotheca celebica و Knema matanensis. في المختبر ، وجدت أن كلا من هذه النباتات المحلية يمكن أن تخزن ما بين 1000 - 5000 ميكروجرام من النيكل لكل جرام من الأوراق المجففة.
كانت هذه البداية ، لكن "تيجوا" كانت تأمل في شيء آخر. بالمقارنة مع النباتات المحبة للنيكل الموجودة في أماكن أخرى ، أظهر هذان النوعان قدرة متواضعة إلى حد ما فى تراكم النيكل. تقول: "نحن نبحث عن نباتات يمكنها تجميع 10 ألاف ميكروجرام على الأقل لكل جرام أوراق مجففة. عند هذا الحد ، يصبح من المجدي اقتصاديًا زراعة النبات لاستخراج المعدن منه أو ما يطلق عليه "التعدين النباتى phytomining".
لفت بحث "تيجوا" عن هذه النباتات انتباه "ساتريا بيجاكسانا"، أستاذ مغناطيسية الصخور من معهد باندونج للتكنولوجيا. كان "بيجاكسانا" يبحث عن الأبحاث ذات الصلة حول العلاقة بين جيولوجيا سولاويزي وبيئتها ، عندما أصبح مفتونًا بدراسات التنقيب عن النباتات التي أجرتها تيجوا. وتساءل عما إذا كانت خبرته الخاصة في المغناطيسية يمكن أن تساعد في تسريع البحث.
نظرًا لأن النباتات المفرطة فى الامتصاص والتخزين تحتوي على كميات عالية جداً من المعادن ، كذلك رمادها أيضًا بمجرد حرقها وتكون بعض هذه المعادن ممغنطة. أظهر عدد من الدراسات أن امتصاص النيكل في النباتات المفرطة فى امتصاص وتخزين النيكل يحدث في نفس الوقت مع امتصاص الحديد وهو معدن عالي المغناطيسية. بالتعاون مع "تيجوا" ، صمم "بيجاكسانا" تجربة لمعرفة ما إذا كانت الحساسية المغناطيسية تزداد عندما يتراكم المزيد من النيكل فى النباتات. من خلال مقارنة الرماد لنوعين من النباتين المعروفين (أليسوم مورالي وأليسوم كورسيكوم) مع 10 نباتات محلية في سولاويزي وهالماهيرا، ووجدوا نتيجة إيجابية أخرى - أحد النباتات المحلية كان غنيًا بالحديد والنيكل.
حددت دراستهم ، التي نُشرت في مايو 2020 ، نوعين آخرين من النباتات المحبة للنيكل من سولاويزي: نبات Casearia halmaherensis ونوعاً آخر من الفلفل. يمكن أن تراكم كلاهما 2600-2900 ميكروجرام لكل 1 جرام من الأوراق المجففة. وبينما لا يزال البحث أوليًا ، يأمل بيجاكسانا في أن يقنع الناس في إندونيسيا بأخذ المعالجة النباتية على محمل الجد.
يكمن جمال النباتات مفرطة التراكم hyper-accumulators لعنصر النيكل في أنها تمتص عنصراً يعتبر ملوثًاً ساماً إذا ترك في التربة وفى نفس الوقت يعتبر عنصراً ثميناً. يستخدم النيكل في صناعة العديد المنتجات من الحنفيات إلى بطاريات السيارات الكهربائية،.ويعتبر جمع النيكل من النباتات عملية سهلة نسبيًا.
النبات الفائق الامتصاص والتخزين مثل Phyllantus balgoyii يمكنه إنتاج ما يقدر بـ 120 كجم من النيكل لكل هكتار كل عام. يُترجم هذا إلى قيمة سوقية تبلغ حوالي 1754 دولارًا (1300 جنيه إسترليني) للهكتار الواحد. يتضمن استخراج النيكل تقليم البراعم التي تحتوي على أعلى تركيزات من المعدن ثم حرقها وبعد ذلك يمكن فصل النيكل عن الرماد. يتضمن ذلك إطلاق ثاني أكسيد الكربون من خلال الاحتراق ، ولكن يمكن اعتبار الزراعة المستمرة للنباتات فائقة التراكم للنيكل محايدة للكربون حيث سيتم التقاط كل الكربون المنطلق من الحرق مرة أخرى بواسطة المحصول الذي ينمو حديثًا في غضون بضعة أشهر.
يتصف التعدين النباتي بمزايا بيئية كبيرة مقارنة بالطرق التقليدية للتعدين. ففي سوروواكو يُستخرج النيكل من خلال التعدين التنقيب والحفر فى مساحة مكشوفة للوصول إلى النيكل المتداخل فى صخور اللاتريت laterite. وللحصول على النيكل، يجب تكسير الصخور التي يمكن أن تطلق عناصر مشعة ومواد تشبه الأسبستوس بشكل طبيعي بالاضافة إلى الغبار المعدني. ينتج التعدين المكشوف أيضًا مواد على شكل نفايات شبه سائلة سامة tailings إذا لم تتم إدارتها بشكل صحيح يمكن أن يتسرب منها الزرنيخ والمخلفات المحملة بالزئبق إلى البيئة المحيطة. على نطاق أوسع ، يعد التعدين التقليدي ككل مصدرًا كبيرًا لانبعاث الكربون، حيث تسبب فيما لا يقل عن 10 ٪ من انبعاثات الدفيئة في عام 2017.
بالإضافة إلى تقديم طريقة أكثر ملاءمة للبيئة لاستخراج النيكل ، يمكن لهذه النباتات أن تساعد في إعادة استصلاح الأراضي التي تم تعدينها بالفعل. تقول تيجوا "إن معظم شركات التعدين في إندونيسيا تتجاهل شرط إعادة زراعة المواقع المهجورة بالنباتات. وعندما يفعلون ذلك ، غالبًا ما يحاولون استخدام النباتات العادية ، بدلاً من الأنواع المحبة للنيكل".
تعتبر عملية إعادة الغطاء النباتي المبهمة هذه معيبة. بسبب أن معظم هذه النباتات هي حشائش غير مرغوب في استعادتها وزراعتها مرة أخرى. بينما يمكن للنباتات فائقة التراكم للنيكل أن تفعل ذلك بشكل أفضل من خلال تحسين صحة التربة عن طريق إزالة النيكل وإعادة العناصر الغذائية الرئيسية التي تحتاجها النباتات العادية، مما يسمح بزراعة المحاصيل العادية في هذه التربة بعد انتهاء المعالجة بالتعدين النباتي. كما يمكن أن يعطي فائدة اقتصادية لشركات التعدين لأن بقايا النيكل التي تراكمت في براعمها يمكن استخلاصها. حالياً ، يمكن استخراج التربة التي تحتوى على 1٪ على الأقل من النيكل بالطريقة التقليدية. لكن النباتات مفرطة التراكم يمكن أن تستخلص مستويات عالية من النيكل في تربة تحتوى على 0.1٪ فقط نيكل.
في مدينة صباح بماليزيا منذ عام 2014، أجريت تجارب ميدانية لاستكشاف النباتات. ووجد الباحثون أن التعدين بالنباتات ذو كفاءة ملحوظة بالفعل. يمكن أيضًا تطبيق ذلك في التربة التي لم يتم تعدينها ولكنها تحتوي على مستويات عالية من النيكل بشكل طبيعي. لكن من المعلوم أن هذه التكنولوجيا لا تهدف إلى استبدال عمليات التعدين التقليدية لأن هذا سيكون صعباً، نظرًا لأن إندونيسيا هي أكبر منتج للنيكل في العالم، وبدلا من ذلك ، يمكن أن يتم التعدين النباتي بالتوازي. والأهم من ذلك ، على عكس التعدين التقليدي ، الذي غالبًا ما يصطدم بمجتمعات السكان الأصليين ، أنه يتم تنفيذه بواسطة أصحاب الحيازات الصغيرة في المجتمعات الريفية التي تعيش في المناطق الغنية بالنيكل كمنتج ثانوى وشكل بديل للزراعة.
يعتقد الباحثون أن العديد من النباتات المحتملة بقدرتها على تراكم النيكل يمكن أن تتلاشى قبل أن يتم اكتشافها نظراً للتغيرات السريعة فى استخدام الأراضى وتمدد الحضر. على سبيل المثال، فقدت سولاويزي ما يقرب من 19٪ من الغطاء الحرجي بين عامي 1990 و 2018.
لكن "تيجوا" لم تتخل عن بحثها عن النباتات مفرطة التراكم. في وسط سولاويزي ، توجد غابة مطيرة نقية تنمو على تربة غنية بالنيكل تشكل المنطقة الجبلية في محمية مورووالي الطبيعية. يُعتقد أن هذه التربة الرمادية ، التي تتكون فوق قاعدة صخرية تسمى السربنتينيت ، هي المكان المثالي لنمو النباتات المحبة للنيكل. أظهر المسح في جزيرة هالماهيرا الإندونيسية أن النباتات مفرطة التراكم للنيكل شائعة في هذا النوع من التربة.
في غضون ذلك، أعربت شركة تعدين خارجية عن اهتمامها بتجربة التعدين النباتي محليًا ، كما تقول تيجوا. ففي عام 2017 ، اتصل بها مستثمر من الولايات المتحدة يعتزم تمويل تجربتها التي تبلغ مساحتها 5000 هكتار في سولاويزي. بالنسبة لهذا المشروع ، كما تقول ، فإنها ترغب في استخدام أليسوم مورالي ، النبات فائق التراكم لعنصر النيكل من إيطاليا. قد لا يكون استخدام الأنواع الأجنبية في النظام البيئي لسولاويزي أمرًا مثاليًا ، ولكنه على الأقل رهان أكيد. وتقول: "ربما يتعين علينا استخدامه أولاً لإقناع الحكومة الإندونيسية بأن التعدين النباتي ناجح".
تأمل تيجوا أن يصبح التعدين النباتي جزءًا من كل منطقة تعدين ، مع مطالبة الشركات بحجز جزء من الغابات المطيرة في منطقة امتيازها. سيؤدي استخدام النباتات بدلاً من الآلات الثقيلة للتعدين إلى تقليل النفايات والحفاظ على النظام البيئي وإنتاج نفايات أقل سمية.
المراجع:-
A preliminary study of the role of nickel in enhancing flowering of the nickel hyperaccumulating plant Alyssum inflatum Nyár. (Brassicaceae).
Nickel hyper-accumulation mechanisms: a review on the current state of knowledge.