Procesné inžinierstvo Baktérie ako lovci pokladov - spektrum vedy
Procesné inžinierstvo: baktérie ako lovci pokladov
Každý starý mobilný telefón, každý pokazený notebook má pokladnicu drahých surovín: až 70 rôznych vzácnych a drahých kovov, ako je zlato a platina, ako aj menej známe druhy, ako napríklad neodým, lantán alebo ytrium. Ale malé množstvo týchto „high-tech korenín“ sa dá ťažko zohnať. Okrem skutočnosti, že na zberné miesto sa dostalo len niekoľko použitých elektrických zariadení, stále existuje potreba technických inovácií. Pretože predchádzajúce procesy, pri ktorých sa recyklujú bežnejšie kovy ako meď alebo hliník, nie sú vhodné na efektívnu extrakciu veľmi malého množstva vzácnych kovov z elektronického šrotu, napríklad.
V budúcnosti by tu mali pomôcť baktérie, huby, kvasinky a riasy - a možno aj čistý odpad z toxických ťažkých kovov súčasne. Proces „biosorpcie“ funguje teoreticky veľmi jednoducho: Najskôr sa kovy extrahujú z odpadu a rozpustia vo vhodnej kvapaline. Vysoko zriedený kovový roztok potom prechádza cez nádrž s biologickým filtračným materiálom vyrobeným zo živých buniek - kovové častice sa tam ukladajú na určitých proteínoch na povrchu buniek. Ak je potom filter na biomasu nasýtený kovmi - čo môže zvýšiť jeho suchú hmotnosť až o 25 percent -, sú kovy chemicky oddelené od buniek pomocou menšieho množstva iného rozpúšťadla. Nakoniec sa získa vysoko koncentrovaný roztok obsahujúci kov.
Teoreticky veľmi jednoduché
Bolo by ideálne, keby ste si mohli zvoliť, ktoré kovy sa v priebehu procesu extrahujú z východiskového materiálu. To sa však zatiaľ nepodarilo - zatiaľ je len nejasne známe, ktoré funkčné molekulárne rezy bakteriálnej steny sa skutočne podieľajú na filtračnom efekte. Niekoľko výskumných tímov po celom svete sa snaží zistiť a pracuje na otázke, ako by bolo možné selektívne upravovať povrch buniek tak, aby sa na ne viazali iba požadované kovy.
Iné skupiny sa naopak špecializujú na ťažbu typických kovov z veľmi špecifických surovín - napríklad Lynne Macaskie z University of Birmingham, ktorá sa špecializuje na získavanie kovov zo šrotu a priemyselnej trosky. Členka tímu Angela Murray pracuje napríklad s prachom z ciest. Pretože jemné častice obsahujúce platinu, paládium a ródium sa oddeľujú od katalyzátorov automobilov počas každej cesty. Čistiace vozidlá dokonca zbierajú prach z cesty, ale potom väčšinou všetko skončí na skládke. Murray tvrdí, že drahá likvidácia cenností: „Naše ulice sú takpovediac vydláždené platinou.“ Vedci používajú, aby vzácne predmety dostali z prachu Escherichia coli-Baktérie, ktoré sa už priemyselne používajú na rôzne účely a sú lacno dostupné vo veľkom množstve. Okrem toho sa dajú mnohokrát znovu použiť ako filtračný materiál na biosorpciu - čo je predpokladom pre zatraktívnenie procesu pre priemyselné účely.
Doplatky v praxi
V súčasnosti však nie je úplne vyvinutý žiadny postup. Napríklad v závislosti na zložení surovín sa v biofiltroch hromadia úplne odlišné kovy; a predovšetkým zvyšky medi môžu brániť usadzovaniu žiadanejších, ale menej koncentrovaných kovov. „Keby som si mohol vybrať konkrétny kov zo zmesi, bol by som milionár,“ smeje sa Macaskie.
Bohumil Volesky, emeritný profesor na McGill University v Montreale, opäť zvolil iný prístup: Na rozdiel od britských vedcov navrhuje, aby sa pri čistení odpadových vôd mala najskôr použiť biosorpcia. To nemusí nutne priniesť zisk a má to jasnú výhodu veľmi nízkych nákladov - s vítaným vedľajším účinkom zhodnocovania kovov. V prístupe Voleského to hrá úlohu Sargassum-Morské riasy zohrávajú vedúcu úlohu ako biofiltr, pretože sú vhodné pre rôzne kovy: Môžete ich dokonca použiť na obohatenie vzácnych zemín, ako je lantán alebo europium. Morské riasy tiež rastú bezplatne v mnohých vodných plochách. Teraz to niekto musí zhromaždiť a doručiť. Bohužiaľ neexistujú žiadni dodávatelia, pretože zatiaľ nie sú žiadni kupujúci - a naopak.
Volesky je napriek tomu v dobrej nálade: „Tento proces funguje“, nie je to nič iné ako výmena iónov, ktorá sa už používa napríklad na získavanie medi, zinku alebo niklu z odpadových vôd. Dnes používanými filtrami sú väčšinou granule vyrobené z takzvaných adsorpčných živíc, na ktoré sa podľa druhu živice prednostne pripájajú rôzne kovy. Tieto synteticky vyrobené, pomerne drahé chemikálie je potrebné nahradiť biomasou - sú lacnejšie, univerzálnejšie a na výrobu nespotrebujú žiadnu ďalšiu energiu. Dobré východiskové podmienky pre kariéru v mikroorganizmoch ako hľadač pokladov.