Bakterid lahendavad ära haruldaste rohepöörde-metallide küsimuse

Bakterid suudavad veest - ka reoveest - välja korjata metalle nagu inimene suudab ära korjata prügi ja ringmajandusele mõtlema hakata. Foto: wahda nurisna, Pexels

12 eksootilist bakterit suudavad veest kokku koguda ka mikroskoopilised kogused haruldasi muldmetalle. Selline bio-kokkukogumine on kiire ja tõhus, võimaldades lahendada haruldaste metallide probleemi.

Haruldased muldmetallid on rühm 17 keemiliselt sarnasest metallist, mis on saanud oma nime, kuna need esinevad tavaliselt maakoores madalates kontsentratsioonides - vahemikus 0,5–67 osa miljoni kohta. Kuna need metallid on seni veel valgusdioodides, mobiiltelefonides, elektrimootorites, tuuleturbiinides, kõvaketastes, kaamerates, magnetites ja LEDs asendamatud, on nõudlus nende järele viimastel aastakümnetel pidevalt kasvanud. 

Harulduse ja nõudluse tõttu on need kallid. Näiteks neodüümoksiidi kilo maksab praegu ligikaudu 200 eurot, sama kogus terbiumoksiidi aga ligi 3800 eurot. Tänapäeval on Hiinal nende ainete kaevandamise osas peaaegu et monopol. 

Ringmajanduse võimalused

Raiskavalt lineaarselt majanduselt ringmajandusele üleminekul on suured eelised ja need on ilmselged. 

Saksa teadlased näitasid ajakirjas Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, et mõned eksootilised fotosünteesivad tsüanobakterid suudavad tõhusalt absorbeerida kaevandamise, metallurgia või e-jäätmete ümbertöötluse reoveest haruldasi metalle. 

«Me optimeerisime tsüanobakteriaalse biomassi haruldaste muldmetallide omastamise tingimusi ja iseloomustasime kõige olulisemaid keemilisi mehhanisme nende sidumiseks. Neid tsüanobaktereid saaks kasutada tulevastes keskkonnasõbralikes protsessides samaaegseks haruldaste muldmetallide taaskasutamiseks ja tööstusliku reovee puhastamiseks,» ütles Müncheni tehnikaülikooli professor ja uuringu autor dr Thomas Brück.

Väga spetsialiseerunud tsüanobakteritüved

Biosorptsioon on metaboolselt passiivne protsess ioonide kiireks, pöörduvaks sidumiseks vesilahustest. Brück ja tema kolleegid mõõtsid laboris 12 tsüanobakteri võimet siduda lantaani, tseeriumi, neodüümi ja terbiumi. Konkreetsete bakteritüvede biotehnoloogilist potentsiaali ei ole enamasti kunagi varem hinnatud. Bakterid koguti kokku väga erilistest elupaikadest, nagu Namiibia kõrbete kuivad pinnased, samblike pinnalt kogu maailmas, Natroni soolajärvest Tšaadis, kaljudelt Lõuna-Aafrikas ja saastunud ojadest Šveitsis.

Autorid leidsid, et kirjeldamata ja uuel bakteri Nostoc liigil oli nende ainete sidumisvõime suurim - vahemikus 84,2–91,5 mg biomassi grammi kohta, samas kui Scytonema hyalinum oli madalaima efektiivsusega 15,5–21,2 mg biomassi grammi kohta. Samuti olid tõhusad Synechococcus elongates, Desmonostoc muscorum, Calothrix brevissima ja iseloomustamata uus Komarekiella liik. Leiti, et biosorptsioon sõltub tugevalt happesusest - see oli kõrgeim pH vahemikus viis kuni kuus ja langes pidevalt happelisemates lahustes. Protsess oli kõige tõhusam, kui sinivetikad ei pea samal ajal tegelema näiteks tsingi, plii, nikli või alumiiniumi kokkukogumisega.

Uuringu esimene autor Michael Paper, Müncheni tehnikaülikooli teadlane selgitas, et tsüanobakteritel on suhkrumolekulid, mis kannavad negatiivselt laetud karbonüül- ja karboksüülrühmi, mis tõmbavad ligi positiivselt leatud metallijoone.

Kiire ja tõhus

Teadlased järeldavad, et haruldaste metallide kokkukogumine on võimalik isegi metallide madalate kontsentratsioonide korral. Lisaks on protsess ka kiire - näiteks enamik lahuses olevast tseeriumist biosorbeeriti viie minuti jooksul pärast reaktsiooni algust.

«Kirjeldatud tsüanobakterid võivad adsorbeerida haruldasi muldmetalle, mis moodustavad kuni 10 protsenti nende kuivainemassist. Biosorptsioon kujutab endast seega majanduslikult ja ökoloogiliselt optimeeritud protsessi haruldaste muldmetallide taaskasutamiseks kaevandus-, elektroonika- ja keemiliste katalüsaatorite tootmissektori lahjendatud tööstusreoveest,» ütles Brück. «See süsteem peaks lähitulevikus muutuma majanduslikult otstarbekaks, kuna haruldaste muldmetallide nõudlus ja turuhinnad lähiaastatel tõenäoliselt oluliselt tõusevad," ennustas ta.

Allikad: Technical University of Munich AlgaeTec Center, EurekAlert

Kõrge hind ning see, et liitiumi saamine on väga reostav, on tekitanud vajaduse asendada vähemalt suurtes energiasalvestites liitium teiste, palju levinumate ja kättesaadavamate ainetega nagu naatriumi, kaltsiumi, alumiiniumi, magneesiumi, kloori ning teiste ühenditega. Sellega tegeletakse väga aktiivselt ning seda nimetatakse lausa post-liitiumi ajastuks.

 Erinevalt ettekujutusest, et kogu liitiumitoodang on Hiina kontrolli all, toodetakse suurim osa liitiumist Austraalias (Hiina on alles kolmas tootja Tšiili järel), aga varud on suurimad Boliivias, Argentiinas ja Tšiilis.