Er is veel vraag naar metalen zoals nikkel, die de sleutel vormen tot de lithium-ionbatterijen die in elektrische voertuigen worden gebruikt. Maar het bouwen van nieuwe mijnen om aan die vraag te voldoen kan moeilijk zijn omdat de mijnbouwindustrie historisch gezien te maken heeft gehad met tegenstand van de gemeenschap, vaak als gevolg van milieuoverwegingen. Nieuwe mijnbouwtechnologieën kunnen helpen het aanbod van belangrijke metalen te diversifiëren en mogelijk alternatieven bieden voor traditionele mijnen.
“Iedereen wil praten over het openen van een nieuwe gigafabriek, maar niemand wil praten over het openen van een nieuwe mijn”, zegt Philseok Kim, programmadirecteur bij ARPA-E voor het fytominingproject. Het agentschap zag de noodzaak in van duurzame, verantwoorde nieuwe mijnbouwtechnologieën, ook al vertegenwoordigen deze een grote afwijking van wat momenteel in de industrie wordt gebruikt. Fytomining is een goed voorbeeld. “Het is een gek idee”, zegt Kim.
Van ongeveer 750 plantensoorten is bekend dat ze hyperaccumulatoren zijn, wat betekent dat ze grote hoeveelheden metalen opnemen en opslaan in hun weefsel, zegt Kim. Planten, die deze metalen samen met andere voedingsstoffen in de bodem opnemen, hebben zich aangepast om ze te verdragen.
Van de soorten waarvan bekend is dat ze metalen opnemen en concentreren, doet ruim tweederde dit met nikkel. Hoewel nikkel in hoge concentraties over het algemeen giftig is voor planten, zijn deze soorten geëvolueerd om te gedijen in nikkelrijke bodems, wat gebruikelijk is in sommige delen van de wereld waar geologische processen het metaal naar de oppervlakte hebben gebracht.
Zelfs in hyperaccumulatoren zou het totale nikkelgehalte in plantenweefsels nog steeds relatief laag zijn: ongeveer één milligram van het metaal voor elke gram gedroogd plantaardig materiaal. Maar het verbranden van de gedroogde plant (waarbij veel van het organische materiaal wordt verwijderd) kan resulteren in as die voor ongeveer 25% uit nikkel of zelfs meer bestaat.
Het enorme aantal nikkeltolerante planten, plus het belang van het metaal voor energietechnologieën, maakten het een natuurlijke focus voor vroeg onderzoek, zegt Kim.
Maar hoewel de fabrieken al een voordeel hebben op het gebied van de nikkelwinning, zou het niet haalbaar zijn om vandaag nog commerciële activiteiten met hen te starten. De meest efficiënte hyperaccumulatoren die we kennen kunnen elk jaar 50 tot 100 kilogram nikkel per hectare land produceren, zegt Kim. Gemiddeld zou dat genoeg metaal opleveren voor slechts twee tot vier EV-batterijen en zou er meer land nodig zijn dan een typisch voetbalveld. Het exploratieprogramma heeft tot doel die opbrengst te verhogen tot minimaal 250 kilogram per hectare in een poging de vooruitzichten voor economische mijnbouw te verbeteren.
De zeven gefinancierde projecten zijn erop gericht de productie op verschillende manieren te verhogen. Sommige onderzoekers zijn op zoek naar soorten die nikkel nog efficiënter accumuleren dan bekende soorten. Eén kandidaat is vetiver, een overblijvend gras met diepe wortels. Het is bekend dat het metalen zoals lood ophoopt en wordt vaak gebruikt bij schoonmaakprojecten, dus het zou een goed vooruitzicht kunnen zijn voor het absorberen van andere metalen zoals nikkel, zegt Rupali Datta, een biologieonderzoeker aan de Michigan Technological University en leider van een van de projecten.