文／彭杏珠
全球真的被稀土逼疯了！这场攸关新能源、国防科技与电子产业命脉的资源争夺战，已从地缘政治角力升级为生技对决。美国为突破中国「稀土长城」，不仅四处寻找盟友与新矿源，最近更公布震撼消息——从病毒身上提炼稀土；中国也亮出「稀土吸尘器」乌毛蕨。一个从病毒下手，一个从植物反制，中美各自掌握了什么关键技术？
就在中美稀土战白热化之际，11月17日，美国加州大学柏克莱分校官网发布震撼消息。
该校生物工程学教授兼劳伦斯柏克莱国家实验室科学家李颂吾（Seung-Wuk Lee，音译）率领团队，成功透过基因工程改造噬菌体（专门感染细菌的病毒），将其化身为「智慧海绵」，能从稀土矿场的废水、排水中，捕获到稀土金属。
噬菌体是自然界中最古老的生物实体之一，结构简单却极其高效。李颂吾团队的创新之处在于，他们透过精密的基因编辑技术，在噬菌体的蛋白质外壳上，植入特殊的稀土结合位点。这些位点能识别并专一性吸附特定的稀土元素，如钕、镝或铽等。
该项技术共有两个操作步骤，首先，改造后的噬菌体被放入稀土矿的废水中，会选择性吸附特定的稀土元素；接著透过溶液加热至摄氏60〜70度，病毒与稀土结合成浓缩污泥。最后，调校酸碱值至pH4〜pH5的弱酸性环境，病毒便会释放出纯度达95％以上的稀土元素。
柏克莱实验室将「生物模板」技术运用在稀土回收
柏克莱实验室强调，整个过程不仅环保、可控且成本合理，更关键的是，病毒保持活性，可重复使用达50次以上。研究团队直言，这种「对人畜无害」的病毒已被改造成「高度选择性的回收机器」，其吸附效率比传统化学萃取剂高出三倍，而且几乎不会产生有害废液。
这项突破源自于李颂吾过去10年对「生物模板」技术的研究，他曾利用病毒自组装的特性开发先进电池材料，现今将相同原理应用于稀土的回收上。
韩裔美籍的李颂吾毕业于韩国高丽大学，后于德州大学奥斯丁分校取得博士学位，在生物奈米技术领域享有盛誉。他进一步指出，此技术有望替代传统的溶剂萃取法，解决稀土供应链的瓶颈，有机会攻破中国的稀土长城。
稀土最棘手之处，在于传统的提炼需采用大量强酸与有机溶剂，每处理一吨的矿石会产生数百吨有毒废水，而「病毒海绵」技术可减少90％的废水，降低70％的耗能，符合美国近年强调的ESG永续标准。
中国科学院大发现：乌毛蕨可「长出」稀土物质
无独有偶，柏克莱发布消息的同时，中国大陆的媒体也披露中国科学院广州地球化学研究所的重大发现。研究员朱建喜的团队率先在植物中发现稀土元素的「生物成矿」机制，调查报告显示，乌毛蕨这种常见的蕨类，竟然是天然的稀土「超积累植物」。
乌毛蕨广泛分布于中国南方的酸性土壤里，是非常普通的野草，朱建喜团队观测到乌毛蕨有「自我保护」的机制，当出现可能伤害细胞的稀土离子时，组织细胞会「打包封存」这些有毒物质，将此锁进矿物结构中，形成名为「镧独居石」的矿物。
生物独居石可望避开长期困扰的环保难题
台北科技大学资源工程研究所所长余炳盛生动比喻：「就像人体会长结石，乌毛蕨也会在体内长出含稀土的石头。」他解释，这种「生物独居石」的晶体结构与天然独居石几乎相同，纯度更高且不含放射性杂质。
传统独居石常伴随铀、钍等放射性元素，是提炼污染的主要来源，需耗费巨资处理放射性废料。而乌毛蕨在常温常压的天然环境下，所形成的「生物独居石」纯净、无辐射，可避开长期困扰稀土产业的环保难题。
中国这篇登上《环境科学与技术》期刊的论文，首次揭开植物对稀土的解毒与矿化机制，为稀土资源的永续利用开辟出新路径。
研究团队估算，每公顷的乌毛蕨每年可从贫瘠土壤中提取约200公斤稀土氧化物，同时修复被矿业污染的酸性土壤。透过大规模种植乌毛蕨，不仅能修复污染土壤、复原尾矿生态，更能「边修复、边回收」稀土，实现「绿色循环」目标。
而这种「植物矿场」概念已在江西赣州展开试验，当地曾是稀土开采重地，土壤有严峻的重金属污染。
事实上，用生物提炼金属并非新概念。余炳盛指出，过去数十年，植物便经常被用于土壤污染整治或金属矿体探勘，透过分析植物体内的结晶体或地球化学特性，科学家便能判断地下矿脉。1980年代，科学家发现某些植物会吸收特定金属，从叶片颜色的变化即可揭示地下矿藏的种类，这种「植物地球化学探勘」曾发现多处的金、铜矿床。「直至近年来，稀土成为战略物资后，研究重心才转向稀有元素身上。」
乌毛蕨的发现刷新学界对植物矿化机制的认知
然而，两种方法都面临相同瓶颈：提炼速度慢、成本缺乏竞争力。余炳盛分析，培养病毒需要7〜14天的发酵周期，种植乌毛蕨至少需几个月的生长期。谁能先解决速度与成本问题，谁就有机会改写稀土供应链。
估算目前生物法提炼成本约为传统化学法的1.5〜2倍，主要瓶颈在于，病毒法需维持无菌环境，防止噬菌体被其他微生物污染；植物法则要大量的土地与水资源，且受到气候的限制。这些都是从实验室走入工厂必须克服的难题。
尽管如此，乌毛蕨的发现仍刷新学术界对植物矿化机制的认知，并为近千种已知超富集植物的研究开启了新视窗。而全球科学家也正火力全开，往「稀土绿色循环开发」的方向狂奔。
从地质钻探到生物提炼，人类寻找稀土的方式正在经历典范转移。当病毒化身为智慧矿工；当植物变成绿色炼金术士，稀土战不再只是地表上的资源争夺，而是「生命科学」殿堂的科技对决。
谁能率先将实验室的成果转化为商业量产能力，谁就能在这场关乎清净能源转型与国家安全的竞赛中占得先机，握有下一世代稀土供应链的话语权。
※本文由《远见杂志》授权刊载，未经同意禁止转载。
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