Le pouvoir des microbes

Cemvita travaille vers un futur biomining où les processus existants de la nature sont exploités pour extraire les minéraux et métaux essentiels qui alimentent notre vie quotidienne. Cette image illustre l'utilisation par Cemvita de biolixiviants pour extraire les métaux par un processus de lixiviation en tas, ainsi que l'avenir de l'exploitation minière in situ. L'exploitation minière in situ pourrait laisser la surface intacte tandis que les biolixiviants sont pompés sous terre pour lixivier les métaux cibles sous la surface.

L'équipe Cemvita lors de la première journée Cemvita à Houston en août 2022. Au centre derrière le pupitre se trouvent le cofondateur et directeur général de Cemvita Moji Karimi, le cofondateur et directeur scientifique Tara Karimi et le vice-président de Mining Biotech Marny Reakes.

Un bioréacteur cultive des microbes dans le laboratoire de Cemvita.

Laboratoire de Cemvita à Westminster, Colorado.

Dans un immeuble de bureaux à Westminster, dans le Colorado, juste au nord de Denver, un groupe de scientifiques et d'ingénieurs travaille avec plusieurs milliards de collègues - des microbes microscopiques - pour développer des procédés miniers qui sont meilleurs pour l'environnement et aussi plus rentables.

De nombreux flacons de solution de différentes couleurs sont constamment agités par des machines pendant que les gens étudient les solutions pour déterminer les bons groupes de microbes pour faire le travail qui doit être fait sur les sites miniers.

Cemvita a été lancé à Houston en 2017 par le frère et la sœur Moji Karimi, ingénieur et entrepreneur en énergie, et le Dr Tara Karimi, scientifique et biotechnologue. Le livre de 2018 de Tara Karimi "Molecular Mechanisms of Autonomy in Biological Systems" discute de ses concepts de code, d'énergie et de masse, qui sont les trois premières lettres du nom de Cemvita. "Vita" est le mot latin pour "vie".

Cemvita a actuellement trois objectifs principaux, qui impliquent tous l'utilisation de systèmes biologiques pour nous aider à nous diriger vers un avenir énergétique renouvelable et propre.

Leur unité commerciale de biominage utilise la biologie, la chimie et l'ingénierie pour développer des biolixiviants adaptés à l'extraction des métaux cibles des corps minéralisés et des déchets.

La partie GH2 de la société utilise la biotechnologie pour développer des moyens d'introduire des solutions microbiennes dans des réservoirs de pétrole et de gaz épuisés afin de produire un hydrogène à faible teneur en carbone qu'ils appellent Gold Hydrogen.

Leur processus de biofabrication eCO2 extrait le dioxyde de carbone des sources d'émissions et l'utilise pour produire des matériaux précieux tels que des engrais, des plastiques, du méthane et des carburants. Ce processus pourrait également être utilisé sur les sites miniers pour les aider à devenir neutres en carbone ou même négatifs en carbone tout en produisant de nouvelles sources de revenus.

L'usine pilote eCO2 de Cemvita a ouvert ses portes à Houston en avril 2023.

Cemvita est aujourd'hui une entreprise d'environ 95 personnes, dont environ 25 à Denver. La succursale de Denver a ouvert fin 2021, et une grande partie du travail sur la bio-extraction est maintenant effectuée ici. En visitant les bureaux et les laboratoires, vous pouvez sentir beaucoup d'enthousiasme pour le travail de pointe qui est effectué.

"C'est une entreprise et une équipe formidables avec qui travailler", a déclaré Marny Reakes, vice-président de la biotechnologie minière de Cemvita. "J'aime l'accent mis sur les bio-solutions pour la transition énergétique."

Elle a déclaré que la bioextraction, l'hydrogène d'or et la biofabrication d'eCO2 sont "les trois produits fantastiques avec de très grandes missions".

"Je suis ingénieur chimiste avec un MBA et j'ai passé les 25 dernières années dans l'exploitation minière", a déclaré Reakes. "Je suis vraiment passionné par l'exploitation minière et la valeur que nous ajoutons au monde. Le monde a besoin de métaux pour tous les aspects de nos vies, cela ne fait aucun doute.

"Les sociétés minières ont innové au fil des ans, mais pas assez vite pour répondre aux besoins de la transition énergétique, et nous avons besoin d'un changement radical."

Elle a déclaré qu'une partie du travail qu'ils effectuent dans le laboratoire de Cemvita consiste à étudier les corps minéralisés afin de pouvoir concevoir des biolixiviants pour des minerais particuliers.

"Aucun corps minéralisé n'est le même, et les corps minéralisés changent, et la minéralogie change à mesure que vous vous enfoncez plus profondément dans le sol ou que le plan minier s'étend", a déclaré Reakes. "Notre travail consiste donc à adapter la recette microbienne pour lixivier les métaux de la roche en solution. La solution peut ensuite être traitée via des procédés traditionnels, tels que l'extraction par solvant électrolytique ou, dans le cas du lithium, l'extraction directe ou la cristallisation."

Elle a déclaré qu'ils se concentraient actuellement sur deux métaux essentiels à la transition énergétique - le cuivre et le lithium.

"Nous travaillons sur la lixiviation du sulfure de cuivre, ainsi que sur l'extraction du lithium à partir d'argile au lithium dans la région du Nevada et de l'Arizona."

Elle a déclaré qu'à l'avenir, ils devraient pouvoir étendre ces processus à d'autres métaux.

Environ 15% du cuivre mondial est actuellement bio-lixivié, a déclaré Reakes. Une grande partie de la lixiviation biologique se produit en Arizona et au Nouveau-Mexique. Cemvita franchit une nouvelle étape en travaillant avec des microbes pour concevoir des bio-lixiviants plus efficaces.

Dans certains cas, à mesure que les teneurs en cuivre ont diminué, le broyage, la flottation et la fusion traditionnels sont devenus trop coûteux, de sorte que la lixiviation en tas est une solution plus rentable pour l'extraction du cuivre. La lixiviation en tas élimine le besoin d'utiliser le processus à forte intensité énergétique et carbonique de broyage du minerai en fines particules, puisque le minerai grossier peut être déposé directement sur le tampon de lixiviation.

Reakes a décrit les microbes avec lesquels ils travaillent comme des "microbes héros super cool".

Pour expliquer le travail que font les microbes, elle les oppose aux algues.

"La plupart des gens connaissent les algues", a déclaré Reakes. "Les algues tirent leur énergie de la lumière du soleil et du CO2 dans l'atmosphère pour leur croissance. Ces microbes utilisent également du CO2 dans l'atmosphère, mais ils ne tirent pas leur énergie de la lumière du soleil - ils tirent leur énergie de l'oxydation du fer et du soufre dans les roches. Donc, ils tirent en fait de l'énergie de la roche ou la mangent, et un sous-produit de cela est que le cuivre ou le zinc, par exemple, est libéré en solution.

"C'est donc un processus très naturel. C'est quelque chose que les microbes font déjà, et les sociétés minières ont commencé à en tirer parti il ​​y a environ 40 ans. Ce qui a changé depuis, c'est qu'il y a environ 10 ans, il y a eu une énorme révolution biotechnologique qui a changé le visage de l'industrie pharmaceutique. , l'alimentation et l'agriculture. Il n'a tout simplement pas encore atteint l'exploitation minière.

"Et c'est ce que nous faisons, nous utilisons ces derniers outils biotechnologiques pour améliorer la vitesse à laquelle les microbes extraient les minéraux et obtenir une récupération plus élevée."

Les microbes font également une certaine séquestration du carbone car ils consomment du dioxyde de carbone pour se développer.

Les microbes que Cemvita utilise avec le lithium sont un peu différents. Ils doivent être alimentés avec une source de déchets carbonés tels que les déchets des cultures.

"Vous nourrissez les microbes avec des cultures de déchets, puis les microbes génèrent des acides organiques et d'autres métabolites qui attaquent ensuite la roche et libèrent des minéraux critiques comme le lithium dans la solution", a déclaré Reakes.

Ce processus aide également à réduire le carbone, car les déchets de culture ont séquestré le dioxyde de carbone de l'air comme matière première.

De nombreux progrès ont été réalisés dans le travail de biominage de Cemvita depuis que la société a ouvert sa succursale de Denver il y a un an et demi.

En juin 2022, Cemvita a acheté Solfatara Laboratories et ses installations à Golden, Colorado, intégrant l'expertise de Solfatara en matière de biominage et de traitement extractif avec le travail effectué à Cemvita.

« Cette acquisition a essentiellement accéléré la capacité de Cemvita à évoluer au fil des années et nous fait avancer vers un déploiement commercial complet dans notre activité de biominage », a déclaré Charles Nelson, directeur commercial de Cemvita.

En novembre 2022, Cemvita a annoncé un partenariat avec Arizona Lithium Limited qui comprendra l'installation par Cemvita d'une installation de production de biolixiviants au centre de recherche sur le lithium d'AZL à Tempe, en Arizona. Dans l'installation, Cemvita effectuera des essais pilotes sur la biolixiviation en réservoir et en tas pour l'extraction du lithium à partir d'argile ou de matériaux sédimentaires.

"Nous allons tester notre bio-lixiviant avec leur usine pilote de bout en bout, afin que nous puissions faire passer l'argile au lithium de la lixiviation à un produit final au lithium de qualité batterie", a déclaré Reakes. "C'est donc un travail passionnant."

De nombreuses entreprises de lithium aux États-Unis travaillent au développement de procédés d'extraction du lithium spécifiquement pour leurs sites. Reakes a déclaré que Cemvita discutait actuellement avec plusieurs entreprises de l'extraction du lithium.

"Nous voulons apporter notre technologie à un certain nombre d'entreprises", a déclaré Reakes.

Forte de ses connaissances sur les microbes, l'équipe de Cemvita a également fourni des services de biodiagnostic aux sociétés minières. Si une société minière rencontre des problèmes tels que les émissions de sulfure d'hydrogène ou le drainage minier acide, elle peut s'adresser à Cemvita pour une analyse.

"Les microbes sont partout, donc en examinant la communauté microbienne dans les résidus, dans les eaux usées ou dans la lixiviation en tas, nous pouvons vous conseiller sur la façon d'optimiser ces communautés afin que vous en obteniez moins d'émissions, par exemple, ou pour que vous obteniez meilleure récupération », a déclaré Reakes.

D'autres avancées dans les activités de biominage de Cemvita sont à l'horizon.

"Nous avons des contrats et d'autres annonces qui seront publiées dans les trois à six prochains mois et qui, je pense, seront très excitantes", a déclaré Reakes.

Tout en continuant à faire des progrès en matière de biominage, Cemvita étudie également la possibilité d'avancer vers l'exploitation minière in situ. Avec l'exploitation minière in situ, au lieu de creuser dans le sol pour extraire le minerai, vous pompez la solution dans le sol et la laissez filtrer à travers le minerai et retirer les métaux cibles, puis vous pompez la solution.

"C'est mon objectif ultime", a déclaré Reakes. "J'ai dit dans certaines de mes conférences que nous testons maintenant nos bio-lixiviants à la surface avec des lixiviats en tas et des réservoirs, mais mon objectif ultime, et je pense que l'ultime en matière d'exploitation minière à faible impact et à faible empreinte est d'aller dans situ."

Une grande partie de l'uranium mondial est extrait in situ, a déclaré Reakes, car avec l'uranium, le corps minéralisé est souvent très contenu dans une zone. Il existe également des mines de cuivre in situ. Cemvita étudie comment réaliser en toute sécurité et efficacement une exploitation minière in situ avec une plus grande variété de corps minéralisés.

L'exploitation minière in situ pourrait avoir de nombreux avantages - des coûts inférieurs, peu de perturbations de surface et moins d'impacts environnementaux. Le processus d'exploitation minière in situ de Cemvita aurait encore moins d'impacts environnementaux que l'exploitation minière in situ actuelle, car le processus utiliserait des biolixiviants plutôt que de pomper des acides minéraux sous terre.

"Ce que nous voulons faire, c'est un processus beaucoup plus respectueux de l'environnement en utilisant des microbes in situ pour libérer uniquement les ions métalliques que vous voulez en solution et les récupérer", a déclaré Reakes. "Ainsi, plutôt que de créer d'énormes mines à ciel ouvert ou des mines souterraines et de grands barrages de résidus, extrayons simplement le métal dont nous avons besoin et laissons le reste du sol intact."

"Nous avons de grands objectifs", a déclaré Renee Hodges, une spécialiste de l'environnement qui est responsable du développement des affaires biominières de Cemvita. "Mais on peut y arriver."

Comme les cocktails de différents types de microbes qui travaillent tous ensemble pour produire les meilleurs résultats, les membres de l'équipe Cemvita apportent avec eux un large éventail de connaissances et de compétences alors qu'ils travaillent ensemble pour faire avancer l'entreprise vers la réalisation de ses objectifs ambitieux.

"Je pense que la diversité de notre équipe scientifique ici est assez remarquable", a déclaré Hodges. "Nous avons des géomicrobiologistes, des chimistes, des ingénieurs de procédés, des spécialistes de la génomique, des microbiologistes, des biologistes marins, et je n'ai touché qu'à la moitié des compétences. Et ils sont tous très bien accomplis dans leurs propres domaines."

"Nous avons des gens de l'industrie et du milieu universitaire et un large éventail de disciplines", a déclaré Reakes, "et ce genre d'intersection entre l'ingénierie et la science est l'endroit où vous arrivez avec ces grandes découvertes révolutionnaires sur la façon de réduire l'impact de l'exploitation minière."

Lors d'une visite au laboratoire, le Dr Jaymee Fayhl-Buska, géomicrobiologiste titulaire d'un doctorat en géologie, a parlé de certains des avantages de l'utilisation de leurs cocktails microbiens qui contiennent une variété de microbes. De nombreuses mines qui utilisent des méthodes de biominage travaillent avec des communautés microbiennes moins robustes et moins diversifiées, ce qui peut entraîner des problèmes à mesure que les conditions changent.

"Si quelque chose arrive, si vous obtenez trop de carbone organique dans votre lixiviation en tas de cuivre, alors vous n'avez pas de chance, car de nombreux microbes traditionnellement utilisés ne peuvent pas tolérer les molécules de carbone organique", a déclaré Fayhle-Buska. "Mais l'un de mes microbes aime vraiment les carbones organiques, donc ils peuvent le dégrader, et ensuite le reste des microbes peut fonctionner beaucoup mieux."

"C'est vraiment très amusant", a déclaré Fayhle-Buska. "C'est un excellent domaine de carrière."

Les microbes avec lesquels l'équipe Cemvita travaille sont de très petits organismes - certaines des solutions de Cemvita contiennent environ trois milliards de microbes ou plus par once. Les scientifiques de Cemvita procèdent au séquençage de l'ADN et de l'ARN pour identifier les microbes avec lesquels ils travaillent et pour en savoir plus sur les communautés microbiennes dans les différents types d'échantillons qu'ils reçoivent des sites miniers.

Le Dr Heather Callahan, responsable de la génomique chez Cemvita, se spécialise dans la détermination de la manière d'extraire l'ADN et l'ARN d'échantillons vraiment difficiles. Après presque un an de travail sur les moyens d'extraire l'ARN microbien des roches, elle a récemment fait une percée.

"La blague est que j'essaie d'extraire l'ARN d'un rocher, et c'est vrai", a déclaré Callahan.

Lorsque d'autres scientifiques essaient d'examiner l'ARN incrusté dans les roches, ils le cultivent généralement, ce qui peut changer ce qui se passe dans la communauté microbienne.

"Je ne connais personne d'autre qui extrait l'ARN directement de la roche minière", a déclaré Callahan.

Comme Fayhl-Buska, Callahan a déclaré que le travail qu'elle fait chez Cemvita est amusant.

"C'est difficile", a déclaré Callahan. "J'aime un bon défi, cependant. Cela rend les choses intéressantes."

"Je pense que la seule chose que nous faisons est de relever des défis", a déclaré Hodges. "Rien n'est simple. Et c'est ce qui est difficile dans ce que nous faisons, mais cela peut aussi conduire à des résultats vraiment incroyables, car nous cherchons vraiment de nouveaux domaines, de nouveaux horizons. Ça va être génial."

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