식물의 힘으로 토양 정화: 오염된 부분을 청소하는 금속 수집 식물

전 세계의 토양은 유해한 중금속으로 오염되어 있으며 이러한 오염의 대부분은 인공적이다. 광석 채굴, 산업 및 교통 배출뿐만 아니라 농업에 사용되는 살충제 및 비료를 통해 수년에 걸쳐 점점 더 많은 독소가 환경에 축적되었다. 이 오염은 실제 문제가 되었다. 오늘날 쌀과 같은 식품은 종종 비소나 기타 독성 물질로 오염되어 있다. 일부 토양은 이제 자연에 대한 결과는 말할 것도 없고 더 이상 농업에 전혀 사용할 수 없을 정도로 오염된 것으로 간주된다. 

▲ 많은 토양이 중금속으로 오염되어 있다. © Georgeclerk

광산 지역의 해독

그러나 과축적 식물은 오염된 토양을 자연적으로 청소함으로써 도움이 될 수 있다. 결국, 이 금속 수집가는 중금속을 목표로 땅에서 끌어낸다. 오염 물질이 풍부한 식물 부분을 정기적으로 수확하면 이러한 방식으로 현장에서 독성 금속을 제거할 수 있다. 이 아이디어는 이미 뉴칼레도니아의 태평양 섬에서 구현되고 있다. 세계에서 가장 큰 니켈 매장량이 환경에 대한 고려 없이 수십 년 동안 그곳에서 개발되었다. Hyperaccumulators는 이제 광산 주변의 영향을 받은 토양을 해독하여 복구를 촉진한다.

느린 프로세스

전문가들에 따르면, 소위 식물 정화(phytoremediation)라고 불리는 이 방법은 특히 경미하거나 중간 정도의 오염이 있는 토양과 오염된 산업 황무지와 같이 인간이 거의 방치한 지역에서 가치가 있을 수 있다. 식물이 중금속을 고농축 형태로 흡수하더라도 기존의 위생 처리 방법보다 훨씬 느리게 토양을 청소하기 때문이다. 오염 물질의 농도, 바이오매스 및 식물의 생산성에 따라 토양 부하가 허용 가능한 수준으로 떨어지기까지 수년에서 수십 년이 걸릴 수 있다. 그러나 이러한 형태의 개조는 일반적으로 많은 일반적인 방법보다 생태학적 관점에서 더 저렴하고 더 유리하다.

광석 채굴 2.0 : 식물을 사용하여 원료를 얻을 수 있다.

과축적 식물은 토양 정화에만 적합한 것이 아니다. 식물이 토양에서 금속을 추출한다면 이러한 원료도 사용할 수 있지 않을까? 터무니없는 사업 아이디어처럼 들리는 것이 이미 일부 지역에서는 실행되고 있다. 예를 들어, 알바니아에서는 오흐리드 호수 근처의 파일럿 프로젝트의 일환으로 농부들이 중금속으로 오염된 밭에 돌작물(Alyssum murale)을 심고 채소 대신 금속을 수확하고 있다. 니켈로 포화된 허브는 단순히 건조되고 재로 태워 판매된다. 그런 다음 화학 공정의 도움을 받아 재에서 흥미로운 화합물을 추출할 수 있다. 니켈 염과 산화물은 이전에 페인트와 부식 방지제에 사용되었지만 휴대폰 배터리의 원료로도 사용될 수 있다. 

▲ 알바니아에서는 눈에 잘 띄지 않는 이 허브의 재에서 니켈을 추출한다. © Jerzy Opioła/ CC-by-sa 4.0

추출된 금속의 이익은 식물 기반 토양 개선 비용을 줄이는 데 사용할 수 있다. 일부 과학자들은 또한 광석 채굴을 위해 특별히 소위 피토마이닝을 사용하는 날을 꿈꾼다. 마지막으로, 니켈 외에도 과축적 공장은 이론적으로 팔라듐, 백금 또는 탐나는 희토류(예: 스칸듐 및 네오디뮴)도 생산할 수 있다. 모든 금속 중에서 가장 귀한 것을 땅에서 끌어낼 수 있는 식물도 있다. 겨자뿐만 아니라 유칼립투스 나무와 아카시아도 금으로 조직을 풍부하게 한다. 그러나 식물은 전형적인 과축적자가 아니며 수확량이 매우 적다. 따라서 다른 금속과 달리 식물로 금을 수확하는 것은 미래에 가치가 없을 것이다.  

▲ 일부 식물은 땅에서 금을 뽑을 수도 있다. 사진은 호주산 금괴. (공개 전시, 필드 자연사 박물관, 시카고, 일리노이, 미국). https://www.flickr.com/photos/jsjgeology/16848647509/

연구자들은 특정 상품의 식물채굴이 실제로 재정적으로 실행 가능할 수 있다고 믿는다. 이러한 유형의 채굴은 일반 채굴이 가치가 없는 경우에 특히 흥미로울 것이다. 예를 들어, 매우 먼 지역이나 금속이 집중되지 않고 고르게 분포된 토양의 경우다. 덩어리진 금속 침전물이 형성되지 않으면 채굴이 어렵다. 그러나 식물의 도움으로 이러한 영역을 문제없이 처리할 수 있다. 예를 들어, 식물성 니켈 수확은 0.1%의 농도에서 작동한다. 반면에 전통적인 채광 방법에서는 니켈 농도의 10배인 광석이 필요하다.

더 많은 수율

더 많은 수확량을 달성하기 위해 일부 연구팀은 이미 토양에서 금속의 생물학적 가용성을 높이는 작업을 하고 있다. 구연산과 같은 물질은 무엇보다도 희토류를 포함하는 화합물을 용해할 수 있으므로 과축적자가 원소에 더 쉽게 접근할 수 있다. 이러한 맥락에서 식물도 유용한 조력자가 될 수 있다. 예를 들어 루핀이다. 토양에서 인산염을 사용할 수 있도록 구연산을 방출한다. (계속)

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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