Folyamatmérnöki baktériumok mint kincsvadászok - a tudomány spektruma
Folyamattervezés: baktériumok, mint kincsvadászok
Minden régi mobiltelefon, minden elromlott laptop kincset rejt magában értékes nyersanyagokban: akár 70 különféle ritka és drága fém, például arany és platina, valamint kevésbé ismert fajok, mint például neodímium, lantán vagy ittrium. De e "csúcstechnológiájú fűszerek" apró mennyisége nehezen elérhető. Eltekintve attól, hogy csak néhány használt elektromos eszköz jut valaha hulladékgyűjtő helyre, továbbra is szükség van műszaki újításokra. Mivel a korábbi eljárások, amelyekkel a gyakoribb fémeket, például a rézet vagy az alumíniumot újrahasznosítják, nem alkalmasak a ritka fémek nagyon kis mennyiségének hatékony kivonására például elektronikus hulladékból.
A jövőben a baktériumok, gombák, élesztők és algák segítenek itt - és talán még a mérgező nehézfémek hulladékát is egyszerre tisztítják. A "bioszorpciós" eljárás elméletileg nagyon egyszerűen működik: Először is, a fémeket kivonják a hulladékból és megfelelő folyadékban oldják fel. A nagymértékben hígított fémoldatot ezután egy élő sejtekből készült biológiai szűrőanyaggal ellátott tartályon vezetik át - fémrészecskék rakódnak le bizonyos fehérjékre a sejtfelszínen. Ha a biomassza-szűrőt ezután fémekkel telítik - ami akár 25 százalékkal is megnövelheti annak száraz tömegét -, a fémeket kémiailag leválasztják a sejtekről kisebb mennyiségű másik oldószer alkalmazásával. Végül erősen koncentrált, fémet tartalmazó oldatot kapunk.
Elméletileg nagyon egyszerű
Ideális lenne, ha kiválaszthatná, hogy a folyamat során mely fémeket vonják ki a kiindulási anyagból. Ezt azonban még nem sikerült elérni - egyelőre csak homályosan ismert, hogy a baktérium falának mely funkcionális molekuláris szakaszai vannak valójában a szűrőhatásban. A világ számos kutatócsoportja megpróbálja kideríteni és azon dolgozik, hogy miként lehetne szelektíven módosítani a sejtfelületet úgy, hogy csak a kívánt fémek kapcsolódjanak hozzá.
Más csoportok viszont a tipikus fémek kinyerésére specializálódtak nagyon specifikus alapanyagokból - például Lynne Macaskie a Birminghami Egyetemről, aki a fémhulladék törmelékből és ipari salakból áll. A csapattag, Angela Murray például útporral dolgozik. Mivel a platina, palládium és ródium tartalmú finom részecskék minden út során leválnak az autó katalizátorairól. A takarító járművek még az út porát is összegyűjtik, de ekkor többnyire minden a szeméttelepen végzi. Az értéktárgyak drága ártalmatlanítása hangsúlyozza Murray: "Az utcáinkat úgymond platinával burkolják." Ahhoz, hogy az értékes tárgyak kiszabaduljanak a porból, a kutatók használják Escherichia coli-Azok a baktériumok, amelyeket már iparilag különböző célokra használnak, és olcsón, nagy mennyiségben kaphatók. Ezenkívül sokszor újra felhasználhatók szűrőanyagként a bioszorbcióhoz - előfeltétele annak, hogy a folyamat ipari célokra vonzóvá váljon.
Hajthatatlanok a gyakorlatban
Ma azonban egyetlen eljárás sem alakult ki teljesen. Például a kiindulási anyagok összetételétől függően a bioszűrőkben teljesen különböző fémek halmozódnak fel; és különösen a rézmaradványok gátolhatják a kívánatosabb, de kevésbé koncentrált fémek lerakódását. "Ha egy keverékből választhatok egy adott fémet, akkor milliomos lennék" - nevet Macaskie.
Bohumil Volesky, a montreali McGill Egyetem emeritus professzora más megközelítést alkalmaz: a brit kutatókkal ellentétben azt javasolja, hogy a szennyvízkezelés során először a bioszorbciót kell alkalmazni. Ennek nem feltétlenül kell profitot hoznia, és egyértelmű előnye a nagyon alacsony költségek - a fém visszanyerésének örvendetes mellékhatásával. Volesky megközelítése itt szerepet játszik Sargassum-A tengeri moszat nagy szerepet játszik biofilterként, mivel sokféle fém számára alkalmas: akár ritkaföldfémek, például lantán vagy európium dúsítására is felhasználhatja. A tengeri moszat sok víztestben is ingyenesen növekszik. Most valakinek csak össze kell gyűjtenie és át kell adnia. Sajnos nincsenek beszállítók, mert még nincsenek vevők - és fordítva.
A Volesky ennek ellenére jó kedvű: "A folyamat működik", ez nem más, mint egy ioncsere, ahogyan azt már használják például a réz, cink vagy nikkel szennyvízből történő kinyerésére. A manapság használt szűrők többnyire úgynevezett adsorber gyantákból készült granulátumok, amelyekre a gyanta típusától függően a különböző fémek előnyösen kapcsolódnak. Ezeket a szintetikus úton előállított, viszonylag drága vegyszereket biomasszával kell pótolni - olcsóbbak, sokoldalúbbak és nem fogyasztanak további energiát a termeléshez. Jó kiindulási feltételek a mikroorganizmusok kincskereső karrierjéhez.