Newshot
Account

微生物如何保障世界所需的关键矿物

Source: Nature Published: Science & Research English
AI summary

《自然》在线发表：2026年11月10日；doi:10.1038/d41586-026-03629-4 为维持关键金属的供应，政策制定者应支持大规模应用采矿生物技术所需的基础设施。

Translation(model translation, not the source's own text)

微生物如何保障世界所需的关键矿产

清洁能源转型正在制造一个悖论。为扩大可再生能源技术、推动交通电气化并建设人工智能基础设施，社会必须开采前所未有的巨量矿产。预计未来几十年，许多这类“关键矿产”的需求将增长数倍1。然而，获取这些矿产的技术仍植根于一种旧模式：从原生矿石中提取单一金属2。

水流入生物浸出槽，在那里铜从硫化铜矿石的浓缩溶液中被提取。
水流入生物浸出槽，在那里铜从硫化铜矿石的浓缩溶液中被提取。

铜化合物（蓝色）可利用微生物从溶液中提取——这一过程称为生物浸出。图片来源：Dirk Wiersma/Science Photo Library

后果正日益明显（见“承压的关键矿产供应”）。随着高品位矿石矿床减少，必须开采和加工更多岩石

但仅靠科学进步无法改变矿产供应链。主要障碍已不再是缺乏创意，而是缺乏从科学发现到工业部署的路径。本文基于去年9月在西班牙锡切斯举行的“关键矿物与元素生物采矿国际研讨会”上的讨论，概述如何开辟这些路径。该研讨会由诺和诺德基金会赞助。

有前景的技术

生物技术数十年来已展现出工业潜力。生物浸出和生物氧化工艺已成熟用于从矿石中回收铜、镍、金和钴。这些工艺包括用特殊微生物灌溉碎矿石堆或处理磨细的矿物粉末，这些微生物会产生酸或氧化还原反应调节剂等化学物质，选择性溶解目标金属或与之共生的其他矿物。

合成生物学的进步扩大了潜在应用范围。例如，工程化微生物系统可设计为更有效地溶解金属。生物分子（如蛋白质 lanmodulin）能在比传统技术更简单的条件下，使用水溶液而非有机溶剂，一步分离稀土元素，产率达99.9%。AI辅助蛋白质设计进一步加速了设计用于从多元素复杂溶液中选择性识别、结合和分离目标金属的大分子的发现。

关键矿产热潮如何忽视人类需求

总体而言，这些发展表明生物技术可能成为未来关键矿产供应链的重要组成部分。然而，许多有前景的方法从未超越实验室验证阶段。它们往往在概念验证研究与商业示范之间停滞，这是工业生物技术中常见的挑战。即使有前景的技术也常常难以吸引扩大规模所需的资本、基础设施和工业合作伙伴。

必须克服障碍。尽管存在少数生物处理中试项目，但其能力不足以评估技术在实际中遇到的各种矿石类型、原料和工艺条件。当首次项目在现实世界中的表现存在不确定性时，投资者不愿为其融资。

新兴生物采矿技术的监管框架也不完善。这些框架在生物技术、环境和采矿部门之间以及不同司法管辖区之间往往各不相同。随着技术推进，开发商可能需要应对多个监管机构和审批路径，造成不确定性和延误。

印度New Delhi一个非正规电子废物拆解和回收市场的露天垃圾场中，堆积着大量有毒电子废物。
印度New Delhi一个非正规电子废物拆解和回收市场的露天垃圾场中，堆积着大量有毒电子废物。

电子废物中关键金属的浓度可能高于天然矿石。来源：Martin Bernetti/AFP via Getty

例如，在欧盟，转基因微生物的使用及其环境应用受不同监管框架约束。转基因微生物允许在封闭系统中使用，而用于现场应用的则通常依赖天然存在或适应性微生物菌株。美国采用多机构协调方式，涉及环境保护局、食品药品监督管理局和美国农业部。

文章标题：微生物如何保障世界所需的关键矿产

正文： 有价值的技术知识（例如关于蛋白质工程、矿物表征、湿法冶金和经济建模的知识）仍然分散在学科、机构和管辖区之间。这使得难以建立必要的证据基础——包括长期连续运行数据、追踪化学循环的指标和经过验证的经济评估——来支持此类技术的大规模采用。

结果是日益加剧的错配。矿物生物技术的科学进展正在加速，但部署这些技术所需的机制却没有跟上步伐。尽管正在投入数十亿美元来保障关键矿产的未来供应链，但相对而言，用于建设将生物解决方案商业化所需的创新体系的关注却很少。

如果生物技术要为关键矿产安全、环境可持续性和资源利用的循环性作出有意义的贡献，那么政府、产业界、开发银行和慈善资助方就必须超越仅支持研究的做法。它们还必须投资于能够促成这些新技术转化的机构。

有三个优先事项值得关注。

建立测试设施

各国应建立专门用于矿物生物技术的共享中试和示范设施。单个企业往往无法证明为仍未经商业验证的技术开发专用基础设施所伴随的风险是合理的。共享设施可以通过让多个组织在工业相关条件下使用真实原料评估生物工艺，帮助克服这一障碍。这些设施可以支持商业化前研究和竞争性研究。类似做法已在合成生物学与生物炼制、先进制造以及清洁能源和半导体领域得到成功实施。

绿色技术的阴暗面：电动汽车的真实成本是什么？

对于矿物部门而言，此类设施应设在相关资源和废物流附近，包括矿区、电子废物回收中心以及受酸性矿山排水或含金属城市废水影响的场地。它们应与大学、研究实验室和熟练劳动力建立联系。

获得研究和工程专业知识将有助于快速迭代、排除故障，并将矿物生物技术与既有工艺整合。此类场地将超越技术测试，生成用于为投资决策、监管审批和商业部署提供依据所需的运营、环境和经济数据。

其他部门的举措说明了此类基础设施的价值。例如在瑞典，已设立由政府资助的中试和示范设施，用于测试在真实条件下对生物质进行生化转化的工艺14。

想阅读我们的最新内容？登录或创建账户以继续

  • 获取 Nature 屡获殊荣的团队的最新新闻报道
  • 探索涵盖突破性研究的最新特写与观点

Nature 659, 300-302 (2026)

doi: https://doi.org/10.1038/d41586-026-03629-4

参考文献

  • IEA. Global Critical Minerals Outlook 2026 (IEA, 2026). Google Scholar

IEA. Global Critical Minerals Outlook 2026 (IEA, 2026).

Google Scholar

  • Nassar, N. T., Lederer, G. W., Brainard, J. L., Padilla, A. J. & Lessard, J. D. Environ. Sci. Technol. 56, 6710–6721 (2022).Article PubMed Google Scholar

Nassar, N. T., Lederer, G. W., Brainard, J. L., Padilla, A. J. & Lessard, J. D. Environ. Sci. Technol. 56, 6710–6721 (2022).

Article PubMed Google Scholar

  • Valenta, R. K. et al. Resour. Conserv. Recycl. 190, 106859 (2023).Article Google Scholar

Valenta, R. K. et al. Resour. Conserv. Recycl. 190, 106859 (2023).

文章标题：微生物如何保障世界所需的关键矿物

正文： Article Google Scholar

  • Aramendia, E., Brockway, P. E., Taylor, P. G. & Norman, J. Glob. Environ. Change 83, 102745 (2023).Article Google Scholar

Aramendia, E., Brockway, P. E., Taylor, P. G. & Norman, J. Glob. Environ. Change 83, 102745 (2023).

Article Google Scholar

  • Hudson-Edwards, K. A. et al. Nature Rev. Earth Environ. 5, 612–630 (2024).Article Google Scholar

Hudson-Edwards, K. A. et al. Nature Rev. Earth Environ. 5, 612–630 (2024).

Article Google Scholar

  • Baldé, C. P. et al. The Global E-waste Monitor 2024 (International Telecommunication Union and United Nations Institute for Training and Research, 2024). Google Scholar

Baldé, C. P. et al. The Global E-waste Monitor 2024 (International Telecommunication Union and United Nations Institute for Training and Research, 2024).

Google Scholar

  • Wang, P. et al. Nature Geosci. 17, 94–102 (2024).Article Google Scholar

Wang, P. et al. Nature Geosci. 17, 94–102 (2024).

Article Google Scholar

  • Mattocks, J. A. et al. Nature 618, 87–93 (2023).Article PubMed Google Scholar

Mattocks, J. A. et al. Nature 618, 87–93 (2023).

Article PubMed Google Scholar

  • Koh, H. Y. et al. Nature Rev. Bioeng. 3, 1034–1056 (2025).Article Google Scholar

Koh, H. Y. et al. Nature Rev. Bioeng. 3, 1034–1056 (2025).

Article Google Scholar

  • Roberto, F. F. & Schippers, A. Appl. Microbiol. Biotechnol. 106, 5913–5928 (2022).Article PubMed Google Scholar

Roberto, F. F. & Schippers, A. Appl. Microbiol. Biotechnol. 106, 5913–5928 (2022).

Article PubMed Google Scholar

  • Zurier, H. S., Banta, S., Park, D. M., Reed, D. W. & Werner, A. Z. Curr. Opin. Biotechnol. 95, 103336 (2025).Article PubMed Google Scholar

Zurier, H. S., Banta, S., Park, D. M., Reed, D. W. & Werner, A. Z. Curr. Opin. Biotechnol. 95, 103336 (2025).

Article PubMed Google Scholar

  • Kampers, L. F. C., Asin-Garcia, E., Schaap, P. J., Wagemakers, A. & Martins dos Santos, V. A. P. Trends Biotechnol. 39, 1240–1242 (2021).Article PubMed Google Scholar

Kampers, L. F. C., Asin-Garcia, E., Schaap, P. J., Wagemakers, A. & Martins dos Santos, V. A. P. Trends Biotechnol. 39, 1240–1242 (2021).

Article PubMed Google Scholar

  • Mossberg, J., Söderholm, P., Hellsmark, H. & Nordqvist, S. Environ. Innov. Soc. Transitions 27, 83–101 (2018).Article Google Scholar

Mossberg, J., Söderholm, P., Hellsmark, H. & Nordqvist, S. Environ. Innov. Soc. Transitions 27, 83–101 (2018).

Article Google Scholar

  • Hellsmark, H., Frishammar, J., Söderholm, P. & Ylinenpää, H. Res. Policy 45, 1743–1761 (2016).Article Google Scholar

Hellsmark, H., Frishammar, J., Söderholm, P. & Ylinenpää, H. Res. Policy 45, 1743–1761 (2016).

Article Google Scholar

  • Aggour, K. S. et al. Integr. Mater. Manuf. Innov. 13, 420–434 (2024).Article Google Scholar

Aggour, K. S. et al. Integr. Mater. Manuf. Innov. 13, 420–434 (2024).

Article Google Scholar

  • Kahl, L. et al. Nature Biotechnol. 36, 923–927 (2018).Article PubMed Google Scholar

Kahl, L. et al. Nature Biotechnol. 36, 923–927 (2018).

Article PubMed Google Scholar

下载参考文献

转载与许可

利益冲突

作者声明无利益冲突。

相关文章

  • 微生物矿工开采稀土金属
  • 气候变化正严重冲击应对气候变化所需矿物的开采
  • 全球一半矿区的环境影响未获记录
  • 如何拓宽世界所需关键矿物的获取渠道

主题

  • 微生物学
  • 生物化学
  • 可持续性

最新内容：

  • 微生物学
  • 生物化学
  • 可持续性

文章标题：微生物如何保障世界所需的关键矿产

正文：

  • 我如何平衡职业冲浪运动员和大学研究人员的双重生活 职业专栏 26年11月11日

我如何平衡职业冲浪运动员和大学研究人员的双重生活

职业专栏 26年11月11日

  • 工程菌正在让农场摆脱合成肥料 新闻 26年11月11日

工程菌正在让农场摆脱合成肥料

新闻 26年11月11日

  • IgA对上皮增殖和肿瘤发生的抑制作用 文章 26年11月11日

IgA对上皮增殖和肿瘤发生的抑制作用

文章 26年11月11日

  • PRIMPOL通过重新引发实现复制叉重启的分子基础 文章 26年11月11日

PRIMPOL通过重新引发实现复制叉重启的分子基础

文章 26年11月11日

  • 线粒体蛋白输入缺陷增强肿瘤免疫原性 文章 26年11月11日

线粒体蛋白输入缺陷增强肿瘤免疫原性

文章 26年11月11日

  • 依赖MCT1的线粒体乳酸输入维持心脏代谢 文章 26年10月28日

依赖MCT1的线粒体乳酸输入维持心脏代谢

文章 26年10月28日

  • 就连巴西偏远地区的大食蚁兽血液中也含有微塑料 新闻 26年11月11日

就连巴西偏远地区的大食蚁兽血液中也含有微塑料

新闻 26年11月11日

  • AI的能源悖论：AI热潮会令能源系统不堪重负，还是成为解决方案的来源？ 聚焦 26年11月11日

AI的能源悖论：AI热潮会令能源系统不堪重负，还是成为解决方案的来源？

聚焦 26年11月11日

  • 工程菌正在让农场摆脱合成肥料 新闻 26年11月11日

工程菌正在让农场摆脱合成肥料

新闻 26年11月11日

招聘

  • 生物信息学家——长读长基因组学、泛基因组学与精准医学 诚聘具备长读长基因组与多组学测序数据分析、基因组组装及泛基因组学专长的优秀生物信息学家。 卡塔尔多哈 Sidra Medicine Qatar

生物信息学家——长读长基因组学、泛基因组学与精准医学

诚聘具备长读长基因组与多组学测序数据分析、基因组组装及泛基因组学专长的优秀生物信息学家。

Sidra Medicine Qatar

  • 副编辑或高级编辑，传播学AI与计算 职位名称：副编辑或高级编辑，传播学AI与计算 工作地点：上海、Beijing, Pune、New Delhi、柏林或马德里（混合办公） 申请... 上海、Beijing, Pune、New Delhi、柏林或马德里（混合办公） Springer Nature Ltd

副编辑或高级编辑，传播学AI与计算

职位名称：副编辑或高级编辑，传播学AI与计算 工作地点：上海、Beijing, Pune、New Delhi、柏林或马德里（混合办公） 申请...

上海、Beijing, Pune、New Delhi、柏林或马德里（混合办公）

Springer Nature Ltd

像 {{NAME_ab12cd34}} 这样写出的值是真实值的占位符。在回复和工具调用中都完全按原样使用它们：它们会在任何内容运行之前被填入真实值。不要要求验证它们，也不要用示例替换它们。

文章标题：微生物如何保障世界所需的关键矿物

正文：

  • 博士后研究员 博士后研究员专注于铁性智能材料：形状记忆合金、压电陶瓷和磁致伸缩材料等 中国浙江宁波 Center for Advanced Smart Materials (CASM), Yongjiang Laboratory (Y-Lab)

博士后研究员

博士后研究员专注于铁性智能材料：形状记忆合金、压电陶瓷和磁致伸缩材料等

中国浙江宁波

Center for Advanced Smart Materials (CASM), Yongjiang Laboratory (Y-Lab)

![](https

The translation is machine-generated and individual terms may be off. Nothing is rewritten or cut; the original is authoritative.

Published by Nature
This site only summarises and aggregates; copyright stays with the original author. Headlines and summaries follow the source — where they differ, the original wins.
Read the original ↗