你的智能手机里含有稀土元素：你知道吧？冰箱贴里也含有。你的电动汽车引擎里也充满了稀土元素。有17种元素，它们的名字拗口难念（镧、钕、镝等等），而且都具有独特的性质。没有它们，能源转型就会停滞不前。问题是，从岩石中提取这些元素需要用到大量的有毒酸液，这会将生态系统变成沙漠。如果我说“生物采矿”呢？
加州大学伯克利分校的一组研究人员决定尝试一些完全不同的方法。 他们改造了一种病毒 把它做成一种可编程的微型海绵。把它添加到矿井的排水中，它就会“捕捞”稀土元素，忽略其他一切。加热后，溶液会“沉”到底部，带走矿渣。然后你可以重复使用它，就像你有一个隐形的免费工人，他从不抱怨，甚至连咖啡休息时间都不需要。
一种细菌，两种蛋白质，零毒素
故事的主角（也被称为“生物采矿王子”）是一位 噬菌体这是一种只攻击细菌而对人类无害的病毒。 李承旭伯克利生物工程教授花了20年时间将这些病毒转化为纳米技术工具。为了提取稀土元素，他在噬菌体表面添加了两种特殊的蛋白质。第一种叫做 镧系元素结合肽 它就像一种分子爪，专门用来抓取稀土元素。其次， 弹性蛋白基序肽关键在于：加热溶液时，病毒会聚集在一起并沉淀。
流程如下： 你把从矿井里流出的酸性水（通常很难处理）倒入其中，加入经过改造的病毒，等待它们附着在稀土离子上。然后稍微加热。病毒会聚集并沉到水底。你把液体倒掉，调节pH值，病毒就会释放出纯金属。 你只需要一个搅拌罐和一个加热板。
该病毒更倾向于“重”稀土元素。 在测试过程中，李的团队发现，经过生物采矿改造的噬菌体对镧系元素中较重的元素比对较轻的元素有明显的偏好。
这一点至关重要，因为镝和铽等用于高性能磁体的元素价格昂贵且具有战略意义。该系统的天然选择性有望使该过程比之前想象的更加高效。
中国目前处于垄断地位，但这可能不会持续太久。
现在我们来看一下数据。 在2023中国开采了240.000万吨稀土，提炼了189.179吨。 这占全球开采量的 70% 和精炼量的 87%。 基本上，如果北京决定关闭水龙头， 全球供应链受阻这不仅是一个经济问题，更是一个地缘政治问题。美国本土稀土产量充足，但缺乏提炼能力：它不得不将稀土运往中国，然后再购回。
病毒生物采矿可能会改变格局。 如果一个国家无需建造巨型化工厂就能从矿山排水中提取稀土元素，就能降低对国际供应链的依赖。无需耗资数十亿美元建造炼油厂。只需在生物反应器中培养病毒（细菌感染后会自行复制），就能拥有所需的“劳动力”。
生物采矿，不只是矿井：甚至你的旧 iPhone
李和他的团队认为这套系统不仅仅适用于矿井排水。 电子垃圾 (电子废物电子产品中富含稀土元素。智能手机、笔记本电脑、电视机：几乎所有电子产品都含有少量这些贵金属。问题在于，使用传统方法回收这些稀土元素的成本高于从头提取。而经过改造的病毒可能会改变这种经济格局。
想象一下，收集一千部废弃手机的主板，将其研磨成粉末，溶解在水溶液中，然后利用病毒选择性地“提取”稀土元素，同时保留其他所有成分。根据发表在……上的这项研究 纳米快报即使经过多次循环，该系统仍然有效。 正如前面提到的，这意味着同一批病毒可以反复使用而不会失去效力。
学习单
- 研究机构： 加州大学伯克利分校 + 劳伦斯伯克利国家实验室
- 年份： 2025
- 作者： 10.1021/acs.nanolett.5c04468
- TRL： 4 – 该技术已在实验室验证，但仍需工业中试规模。
但它真的能在大规模应用中奏效吗？
这是我们所有人都会问自己的问题：因为在实验室里用试管和移液管进行实验是一回事，而建造每天处理数吨材料的工厂则是另一回事。
李很乐观：他说病毒很容易进行工业化培养，因为它们添加到细菌中后会自动复制，无需每次都进行化学合成。
但同时也存在一些障碍： 该系统必须能够处理真实的排水，其中含有数百种不同的化合物，而不仅仅是稀土元素。病毒的选择性必须在“肮脏”且多变的条件下保持稳定，不受干扰。此外，还有处理量的问题：真的只需要“一个搅拌器和一个炉灶”吗？还是需要更复杂的设备？康奈尔大学和劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的研究人员正在研究类似的变体，测试不同的细菌和替代蛋白质。竞争能够加速进步。
生物采矿，讽刺的是，所谓的“稀有”土其实并不稀有。
很多人忽略的一个细节：稀土元素其实一点也不稀有。 铈例如，铜在地壳中的含量比铜还要丰富。 问题不在于稀缺，而在于集中。 这些元素散布在各处， 但数量始终不足以方便提取。 传统矿井 他们必须搬运数吨岩石才能获得几公斤纯金属。在这个过程中，他们会留下大量的放射性废料（稀土元素通常与钍和铀共存）。
生物采矿巧妙地解决了这个问题。你不需要找到极其丰富的矿藏。你只需要含有哪怕只有每升50-300微克稀土元素的水（这通常来自煤矿或其他金属矿），病毒就会完成剩下的工作。这就像用一张超细网捕鱼，只捕捞你感兴趣的鱼，而让其他鱼都溜走。
锂、钴、汞：病毒的影响范围更广
李解释说，通过修改病毒的“遗传指令”（即改变病毒表面表达的蛋白质），也可以对其他关键金属进行同样的改造。 锂和钴 可用于电池，铂族金属可用于催化剂，甚至可以从受污染的水源中去除汞和铅等有毒金属。
伯克利团队已经证明，同样的方法也适用于 锕系元素（放射性元素） 甚至比对稀土元素的选择性还要好。 它可能成为环境修复的工具： 你从充满金属污染物的废弃矿井中取水，用合适的病毒处理，就能回收贵金属，同时还能净化环境。 一箭双雕，传播病毒。 好吧：你这么说听起来确实很奇怪。
我们的生活何时以及如何改变
如果该系统在未来5-7年内实现工业化， 我们可以看到一个 稀土价格下跌 和 对中国的地缘政治依赖性降低。 智能手机 它们的成本可能会更低。 电动车 变得更加容易获得，并且 风力涡轮机 更便宜。最重要的是，西方国家可以建立关键材料的本地供应链。 无需像传统化学采矿那样破坏整个生态系统。
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真正的考验在于，是否有公司有勇气建造第一座试验工厂。技术已经存在，病毒也确实有效。现在我们需要有人愿意相信，经过改造的细菌真的可以取代数吨硫酸和大量的放射性废料。在此之前，我们仍然依赖于那些更像是中世纪炼金术而非21世纪技术的工业流程。
但炼金术士并没有污染河流。
