微生物の力 - 佛山鉱業研究所グループ有限公司

Cemvita は、自然界の既存のプロセスを利用して、私たちの日常生活に欠かせない必須のミネラルや金属を抽出するバイオマイニングの未来に向けて取り組んでいます。この画像は、Cemvita がバイオ浸出剤を使用してヒープリーチングプロセスを通じて金属を抽出する様子と、原位置採掘の将来を描いています。現場採掘では、生物浸出剤が地下に汲み上げられて対象金属を地表下に浸出させる間、地表はそのままにしておくこともできます。

2022年8月にヒューストンで開催された第1回Cemvita Dayに出席したCemvitaチーム。演台の後ろの中央にはCemvitaの共同創設者兼最高経営責任者のモジ・カリミ氏、共同創設者兼最高科学責任者のタラ・カリミ氏、そしてマイニング・バイオテクノロジーの副社長マーニー・リークス氏がいる。

Cemvita の研究室ではバイオリアクターが微生物を培養しています。

コロラド州ウェストミンスターにあるCemvitaの研究室。

デンバーのすぐ北にあるコロラド州ウェストミンスターのオフィスビルでは、科学者やエンジニアのグループが何十億もの同僚、つまり微細な微生物と協力して、環境に優しく、よりコスト効率の高い採掘プロセスを開発しています。

人々が鉱山現場で行う必要のある作業を行うのに適切な微生物のグループを決定するために溶液の研究に取り組んでいる間、さまざまな色の溶液が入った多数のバイアルが機械によって常に回転されます。

Cemvita は、エンジニアでエネルギー起業家のモジ・カリミ兄妹と科学者でバイオテクノロジー者のタラ・カリミ博士によって、2017 年にヒューストンで立ち上げられました。タラ・カリミの 2018 年の著書『生物学的システムにおける自律性の分子機構』では、Cemvita の名前の最初の 3 文字であるコード、エネルギー、質量の概念について説明しています。「Vita」とはラテン語で「生命」を意味します。

Cemvita は現在 3 つの主な焦点を当てており、それらはすべて再生可能なクリーンエネルギーの未来に向けて私たちを前進させるために生物システムを利用することに関係しています。

同社のバイオマイニング事業部門は、生物学、化学、工学を利用して、鉱体や廃棄物から目的の金属を抽出するために調整されたバイオ浸出剤を開発しています。

同社のGH2部門は、バイオテクノロジーを利用して、枯渇した石油とガスの貯留層に微生物溶液を投入して、ゴールド水素と呼ばれる低炭素水素を生成する方法を開発している。

同社の eCO2 バイオマニュファクチャリングプロセスでは、排出源から二酸化炭素を取得し、それを肥料、プラスチック、メタン、燃料などの貴重な物質の生産に使用します。このプロセスは鉱山現場でも使用でき、鉱山現場をカーボンニュートラルまたはカーボンネガティブに向けて推進しながら、新たな収入源を生み出すこともできます。

Cemvita の eCO2 パイロットプラントは、2023 年 4 月にヒューストンに開設されました。

Cemvita は現在、従業員約 95 名を擁する会社で、そのうち約 25 名がデンバーにいます。デンバー支店は 2021 年末にオープンし、バイオマイニングの作業の多くは現在ここで行われています。オフィスや研究室を訪れると、最先端の研究に対する熱意が伝わってきます。

Cemvita 社のマイニングバイオテクノロジー担当副社長、マーニーリークス氏は、「協力するには素晴らしい会社とチームです」と述べています。「エネルギー転換のためのバイオソリューションに焦点を当てているのが大好きです。」

同氏は、バイオマイニング、ゴールド水素、eCO2バイオマニュファクチャリングは「3つとも本当に素晴らしい使命を持った素晴らしい製品だ」と語った。

「私は MBA を取得した化学エンジニアで、過去 25 年間を鉱業に費やしてきました」とリークス氏は言いました。「私は鉱業と、私たちが世界に加える価値に本当に情熱を持っています。世界は私たちの生活のあらゆる側面に金属を必要としています。それについては疑いの余地がありません。

「鉱山会社は長年にわたり革新を続けてきましたが、エネルギー転換のニーズを満たすには十分な速さではなく、大きな一歩の変化が必要です。」

彼女は、彼らがCemvitaの研究室で行っている研究の一部は、特定の鉱石用の生物浸潤剤を設計できるように鉱体の研究であると述べた。

「同じ鉱体は存在せず、鉱体は変化し、地下深くに深く入ったり、鉱山計画が拡大したりするにつれて鉱物学も変化します」とリークス氏は語った。「したがって、私たちの仕事は、微生物のレシピを調整して岩石から金属を溶液に浸出させることです。その後、溶液は溶媒抽出電解採取、またはリチウムの場合は直接抽出または結晶化などの従来のプロセスを介して処理できます。」

彼女は、彼らが現在、エネルギー転換にとって重要な2つの金属、銅とリチウムに焦点を当てていると述べた。

「私たちは硫化銅の浸出に取り組んでおり、ネバダ州とアリゾナ州のリチウム粘土からのリチウムの抽出にも取り組んでいます。」

彼女は、将来的にはこれらのプロセスを他の金属にも拡張できるはずだと語った。

リークス氏によると、現在、世界の銅の約15％が生物浸出されているという。生物浸出の多くはアリゾナ州とニューメキシコ州で発生しています。 Cemvita は、微生物と協力して、より効果的な生物賦存剤を設計することで次のステップを踏み出しています。

場合によっては、銅のグレードが低下するにつれて、従来の粉砕、浮遊選鉱、精錬ではコストが高くなりすぎるため、ヒープリーチングが銅の採掘においてより費用対効果の高いソリューションとなります。ヒープリーチングでは、粗い鉱石をリーチパッド上に直接置くことができるため、鉱石を微粒子に粉砕するというエネルギーと炭素を大量に消費するプロセスを使用する必要がなくなります。

リークス氏は、彼らが扱う微生物を「超クールなヒーロー微生物」と表現した。

微生物の働きを説明するために、彼女は微生物を藻類と対比させます。

「ほとんどの人は藻類について知っています」とリークス氏は言う。「藻類は太陽光からエネルギーを摂取し、成長のために大気中の二酸化炭素から炭素を摂取します。これらの微生物も大気中の二酸化炭素を利用しますが、太陽光からではなく、岩石中の鉄と硫黄を酸化することでエネルギーを得ています。したがって、彼らは実際に岩石からエネルギーを摂取したり、岩石を食べたりしており、その副産物として、たとえば銅や亜鉛が溶液中に放出されます。

「つまり、これは非常に自然なプロセスです。これは微生物がすでに行っていることであり、鉱山会社は約40年前にそれを利用し始めました。それから何が変わったかというと、約10年前に製薬業界の様相を一変させる巨大なバイオテクノロジー革命が起こりました。」、食料と農業、ただまだ採掘には影響していないだけです。

「そして、それが私たちが行っていることであり、微生物がミネラルを抽出する速度を向上させ、より高い回収率を達成するために、最新のバイオテクノロジーツールを活用することです。」

微生物は成長するために二酸化炭素を消費するため、炭素隔離も行います。

Cemvita がリチウムとともに使用している微生物は少し異なります。農作物から出る廃棄物などの廃棄炭素源を餌として与える必要があります。

「廃棄作物を微生物に与えると、微生物は有機酸やその他の代謝産物を生成し、それが岩石を攻撃し、リチウムなどの重要なミネラルを溶液中に放出します」とリークス氏は語った。

このプロセスは、廃棄作物原料が原料として空気から二酸化炭素を隔離するため、炭素の削減にも役立ちます。

Cemvita が 1 年半前にデンバー支店を開設して以来、同社のバイオマイニング作業は大きく前進しました。

2022年6月、Cemvitaはコロラド州ゴールデンにあるSolfatara Laboratoriesとその施設を購入し、Solfataraのバイオマイニングと抽出処理に関する専門知識をCemvitaで行われている作業と統合しました。

Cemvita の最高ビジネス責任者である Charles Nelson 氏は、「この買収により、本質的に Cemvita の規模拡大能力が数年単位で早送りされ、当社のバイオマイニング事業の完全な商業展開に向けて飛躍的に前進することができました。」と述べています。

2022年11月、Cemvitaはアリゾナ・リチウム・リミテッドとの提携を発表しました。これには、Cemvitaがアリゾナ州テンピにあるAZLのリチウム研究センターに生物浸潤剤製造施設を設置することが含まれます。この施設で、Cemvita は、粘土または堆積物からリチウムを抽出するためのタンクとヒープの両方のバイオリーチングのパイロットテストを実施します。

「我々は、エンドツーエンドのパイロットプラントでバイオ浸出剤を試験し、リチウム粘土を浸出させて最終的な電池グレードのリチウム製品に至るまでのプロセスを進めることができる」とリークス氏は語った。「とてもエキサイティングな作品ですね。」

米国の多くのリチウム企業は、自社のサイト専用のリチウム抽出プロセスの開発に取り組んでいます。リークス氏によると、Cemvitaは現在、リチウム抽出について数社と協議しているという。

「私たちは多くの企業に当社の技術を提供したいと考えています」とリークス氏は語った。

Cemvita チームは微生物に関する知識を活かして、鉱山会社に生物診断サービスを提供しています。鉱山会社が硫化水素の排出や酸性鉱山の排水などの問題を抱えている場合、Cemvita に行って分析することができます。

「微生物はどこにでも存在するため、尾鉱、廃水、堆積浸出液の微生物群集を調べることで、それらの群集を最適化して、たとえば微生物からの排出量を減らしたり、回復が良くなりました」とリークス氏は語った。

Cemvita のバイオマイニング事業のさらなる進歩が目前に迫っています。

「今後3～6か月以内にいくつかの契約やその他の発表があり、非常にエキサイティングなものになると思います」とリークス氏は語った。

Cemvita はバイオマイニングの進歩を続ける一方で、原位置採掘に向けて前進する可能性についても研究しています。原位置採掘では、地面を掘って鉱石を引き出すのではなく、溶液を地面にポンプで送り込み、鉱石を通してろ過して目的の金属を除去し、その後溶液をポンプで送り出します。

「それが私の最終目標です」とリークス氏は語った。「講演の一部で、私たちは現在、ヒープリーチとタンクを使って地表で生物浸出剤を試験していると述べましたが、私の最終目標は、低影響、低フットプリントの究極の採掘であると考えています」現場で。」

リークス氏によると、ウランでは鉱石本体が 1 つの領域内に非常に閉じ込められていることが多いため、世界のウランの多くは現場で採掘されているという。現地に銅鉱山もいくつかあります。 Cemvita は、さまざまな鉱体を使用してその場で採掘を安全かつ効果的に行う方法を研究しています。

原位置採掘には、コストの削減、地表の乱れの少なさ、環境への影響の軽減など、多くの利点が期待できます。 Cemvita の現場採掘プロセスは、鉱酸を地下に汲み出すのではなく生物浸出剤を使用するため、現在の現場採掘よりも環境への影響がさらに少なくなります。

「私たちがやりたいのは、その場で微生物を使って必要な金属イオンだけを溶液中に放出し、回収するという、より環境に優しいプロセスです」とリークス氏は語った。「したがって、巨大な露天掘り鉱山や地下鉱山、そして大きな尾滓ダムを作るのではなく、必要な金属だけを抽出し、残りの地面はそのまま残しましょう。」

「私たちには大きな目標がある」とCemvitaのバイオマイニング事業開発マネージャーを務める環境科学者のレニー・ホッジス氏は語った。「しかし、私たちはそこに到達することができます。」

最良の結果を生み出すためにすべてが協力して働くさまざまな種類の微生物のカクテルのように、Cemvita チームの人々は、野心的な目標の達成に向けて会社を前進させるために協力しながら、幅広い知識とスキルをもたらします。

「ここの科学チームの多様性は非常に注目に値すると思います」とホッジス氏は語った。「私たちには地球微生物学者、化学者、プロセスエンジニア、ゲノミクス担当者、微生物学者、海洋生物学者がいますが、私はまだそのスキルの半分しか触れていません。そして、彼らは皆、それぞれの分野で非常に優れています。」

リークス氏は、「当社には産業界、学界、幅広い分野の人材がおり、工学と科学が交わるこのような場所で、鉱業の影響を軽減する方法に関する大きな画期的な発見が生まれるのです。」と述べた。

地質学の博士号を持つ地質微生物学者であるジェイミー・フェイル・バスカ博士は、研究室を訪問した際、さまざまな微生物を含む微生物カクテルを使用する利点のいくつかについて語った。バイオマイニング手法を使用している多くの鉱山では、堅牢性が低く多様な微生物群集を使用しており、状況が変化すると問題が発生する可能性があります。

「もし何かが起こった場合、銅山浸出液で有機炭素が多すぎると、運が悪いでしょう。なぜなら、伝統的に使用されている微生物の多くは有機炭素分子に耐えられないからです」とフェイル・ブスカ氏は述べた。「しかし、私の微生物の 1 つは有機炭素が大好きなので、有機炭素を分解することができ、そうすれば残りの微生物がよりよく働くことができます。」

「これは本当に楽しいです」とフェイル＝ブスカ氏は語った。「それは素晴らしいキャリア分野です。」

Cemvita チームが扱う微生物は非常に小さな生物であり、Cemvita のソリューションの中には 1 オンスあたり約 30 億個以上の微生物が含まれているものもあります。 Cemvita の科学者たちは、DNA および RNA の配列決定を行って、研究対象の微生物を特定し、鉱山現場から受け取ったさまざまな種類のサンプル中の微生物群集について学習しています。

Cemvita のゲノミクス責任者であるヘザーキャラハン博士は、非常に困難なサンプルから DNA と RNA を抽出する方法を決定することを専門としています。岩石から微生物の RNA を抽出する方法に 1 年近く取り組んだ後、彼女は最近画期的な発見をしました。

「冗談は、私が岩からRNAを絞り出そうとしているということだが、それは本当だ」とキャラハン氏は語った。

他の科学者が岩石に埋め込まれたRNAを調べようとするとき、通常はそれを培養するが、それによって微生物群集で何が起こっているのかが変わる可能性がある。

「採掘中の岩石から直接RNAを抽出した人を他に知りません」とキャラハン氏は語った。

フェイル=ブスカと同様に、キャラハンもCemvitaでの仕事は楽しいと語った。

「それは挑戦的なことだ」とキャラハン氏は語った。「しかし、私は良い挑戦が好きです。それは物事を面白く保ちます。」

「私たちがやっているのは、挑戦的なことだけだと思います」とホッジス氏は語った。「何も簡単なことはありません。それが私たちのやっていることの難しいところですが、それはまた、本当に驚くべき結果につながる可能性もあります。なぜなら、私たちは真に新しい分野、新しい地平を模索しているからです。それは素晴らしいことになるでしょう。」

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マイニング・ザ・ウェスト誌の編集者

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