Динамика цинка в почве и экотоксичность, извлеченного из «черной массы» от отслуживших батарей

Превращение старых батарей в питание для растений

Ежегодно в утиль отправляются горы использованных батарей, усугубляя проблему электронных отходов. Между тем в этих батареях содержатся металлы, необходимые растениям для роста. Это исследование задает простой, но важный вопрос: можно ли безопасно превратить часть таких батарейных отходов в удобрение, которое будет снабжать культуры цинком — жизненно важным микронутриентом — без загрязнения почв и воды?

Почему важны цинк и батарейные отходы

Цинк помогает растениям синтезировать белки, контролировать гормоны роста, формировать хлорофилл и защищаться от стрессов. Во многих сельскохозяйственных почвах мира естественного содержания цинка недостаточно, поэтому фермеры добавляют его в виде удобрения. Одновременно отслужившая электроника, включая бытовые батареи, скапливается на свалках или перерабатывается в небезопасных условиях, что приводит к выбросу вредных металлов в окружающую среду. Темная порошкообразная масса, остающаяся после обработки отслуживших цинковых батарей — так называемая «черная масса» — содержит значительное количество цинка и других металлов. Восстановление цинка из этой черной массы могло бы превратить проблему отходов в ресурс и вписаться в стратегии циркулярной экономики, направленные на повторное использование материалов вместо их выброса.

Как исследователи проверяли переработанный цинк

Ученые извлекали цинк из черной массы с помощью разных растворов: двух «мягких» органических вариантов на основе глицина (аминокислоты) и лимонной кислоты (распространенной органической кислоты), двух более сильных, традиционных растворов серной кислоты, а также стандартного коммерческого удобрения сульфат цинка для сравнения. Затем они добавляли одинаковые количества цинка из каждого источника в колонны, заполненные двумя типичными сельскохозяйственными почвами Испании — одна кислая и песчаная, другая щелочная и богатая кальцием. Со временем через колонны прогоняли солевой раствор, имитируя движение дождевой воды через почву, собирали вытекшую воду и измеряли, сколько цинка было вымыто. После этого колонны разрезали пополам, чтобы оценить, сколько цинка осталось в верхних и нижних слоях почвы и какая часть этого цинка сохранялась в доступной для растений форме.

Что происходило с цинком в разных почвах

В кислой, песчаной почве почти весь цинк из любого источника в конечном итоге прошел через колонны, но скорость и характер выноса различались. Цинк из сильных кислот и коммерческого сульфата цинка выходил быстро в виде резкого импульса, оставляя очень мало в почве. В отличие от этого, цинк, связанный с глицином или лимонной кислотой, вымывался более постепенно и оставлял немного больше доступного для растений цинка в почве, особенно в верхнем слое. В щелочной, богатой кальцием почве ситуация была обратной. Здесь цинк из сильных кислот и коммерческих источников почти не перемещался и, как правило, фиксировался в формах, труднодоступных для растений, особенно у поверхности. Цинк на основе глицина, наоборот, оставался очень подвижным и практически полностью промывался через колонну, тогда как цинк из лимонной кислоты демонстрировал промежуточное поведение — частичное вымывание, но также часть оставалась в доступной форме ближе к поверхности.

Проверка воздействия на молодые растения

Чтобы понять, как эти цинковые растворы могут влиять на культуры напрямую, исследователи провели простой тест прорастания семян на томатах. Они разместили семена на увлажненной фильтровальной бумаге и поливали их разными концентрациями цинка из каждого источника — от очень низких до довольно высоких. При низких уровнях все цинковые растворы стимулировали прорастание и ранний рост сеянцев, действуя как полезная микропитательная подкормка. Однако по мере увеличения дозы этот положительный эффект превращался в вред. Средние и высокие концентрации, особенно от глициновых и сильнокислотных экстрактов, укорачивали корни и побеги и резко снижали комбинированную оценку прорастания и роста, известную как индекс прорастания. При максимально протестированных уровнях некоторые обработки практически не позволяли семенам давать здоровые сеянцы.

Что это значит для фермеров и окружающей среды

Исследование показывает, что цинк, извлеченный из отслуживших батарей, может вести себя похоже на традиционные удобрения, но его влияние сильно зависит как от типа почвы, так и от химической формы цинка. В кислых почвах неорганические формы и экстракты сильных кислот рискуют вымываться вниз в направлении подземных вод, тогда как органические комплексы вымываются медленнее и оставляют небольшую, но полезную для растений резервную фракцию. В щелочных почвах традиционные источники цинка чаще всего фиксируются и становятся недоступными, тогда как глициновая форма может двигаться слишком свободно и теряться. Для молодых растений низкие дозы из всех источников могут быть полезны, но более высокие дозы быстро становятся токсичными. Практически, цинк из черной массы может стать ценным вторичным удобрением, поддерживающим устойчивое сельское хозяйство — при условии, что он будет правильно сформулирован и применен в строго контролируемых дозах, а его долгосрочное воздействие на окружающую среду проверено в полевых условиях до широкого внедрения.

Цитирование: Almendros, P., Gascó, G., Ortiz, R. et al. Soil dynamics and ecotoxicity of zinc extracted from black mass derived from discarded batteries. Sci Rep 16, 14302 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-44947-x

Ключевые слова: переработка электронных отходов, цинковое удобрение, вымывание в почве, отходы батарей, устойчивое сельское хозяйство