Uranu užteršto vandens valymas iki šiol dažniausiai yra sudėtingas, brangus ir neretai net aplinkai pavojingas procesas. Tradiciniai metodai reikalauja daug cheminių medžiagų, o jų taikymas gali sukelti papildomą taršą. Dėl šios priežasties mokslininkai vis aktyviau ieško saugesnių ir veiksmingesnių sprendimų.
Kinijos mokslininkai pristatė naują technologiją, galinčią reikšmingai prisidėti sprendžiant šią problemą. Jie sukūrė savaime atsikuriančią bakterijų ir mineralų biohibridinę sistemą, kuri gali iš vandens pašalinti didelį urano kiekį.
Šią technologiją parengė Pietvakarių mokslo ir technologijų universiteto tyrėjai. Sistema sugeria šviesą ir savo veikimo principu primena saulės elementus, todėl gali gerokai paspartinti uranu užteršto vandens valymo procesą.
Biologinio aplinkos valymo (bioremediacijos) srityje ši naujovė sprendžia vieną didžiausių iki šiol buvusių iššūkių: mikroorganizmų gebėjimą pašalinti uraną ribojo lėta elektronų pernaša. Naujoji sistema šį procesą pagreitina, todėl bakterijos gali aktyviau dalyvauti urano neutralizavime.
Bandymuose, atliktuose su realiomis kasyklų nuotekomis, gauti rezultatai pasirodė itin daug žadantys: sukurtas biohibridas pašalino iki 94 procentų urano.
Tyrėjai pabrėžia, kad tai nėra paprastas bakterijų ir mineralų mišinys. Sistema veikia kaip glaudžiai integruotas gyvosios ir negyvosios medžiagos junginys, susiformuojantis biosintezės metu.
Uranas naudojamas kaip kuras branduolinėse elektrinėse ir kitose specializuotose pramonės šakose. Jis išgaunamas iš žemės gelmių ir perdirbamas į koncentruotą formą, tačiau po kasybos dažnai lieka pavojingi taršos pėdsakai. Uranas yra ne tik toksiškas sunkusis metalas, bet ir ilgalaikės radiologinės rizikos šaltinis.
Dėl to urano taršos kontrolė paprastai būna sudėtinga ir brangi. Cheminiai metodai gali kelti grėsmę aplinkai, o biologinius sprendimus iki šiol ribojo technologiniai sunkumai.
Siekdami efektyvesnio sprendimo, mokslininkai sukūrė bakterijų ir mineralų biohibridą, kuris naudoja šviesą sugeriančias nanodaleles. Šios dalelės pagreitina elektronų judėjimą sistemoje ir leidžia suformuoti savaime atsikuriančią struktūrą, galinčią ilgą laiką veikti be didelių papildomų sąnaudų. Tyrėjų teigimu, tai gali tapti svarbiu žingsniu siekiant tvaresnio aplinkos valymo.
Technologijos centre – bakterija Shewanella putrefaciens, jau seniai mokslininkams žinoma dėl gebėjimo sąveikauti su įvairiais sunkiaisiais metalais. Tyrėjams pavyko paskatinti šias bakterijas ant savo paviršiaus suformuoti tankų geležies sulfido nanodalelių sluoksnį, kuris tampa ir apsaugine, ir funkcionalia struktūra.
Susiformavus šiam sluoksniui, bakterijos ir mineralinės dalelės ima veikti kaip vientisa sistema, kurioje susijungia biologiniai procesai ir mineralų pagrindu vykstanti energijos konversija. Kai šviesa pasiekia nanodaleles, jos pradeda veikti tarsi itin maži saulės elementai: sugerta energija generuoja fotoelektronus.
Šie elektronai atlieka esminį vaidmenį – jie paverčia uraną iš tirpios formos į netirpią nuosėdą. Taip uranas tampa stabilesnis ir nebekelia tiesioginio pavojaus aplinkai.
Sistema pasižymi ir dar viena svarbia savybe: joje formuojasi elektronų kanalai, padedantys palaikyti nuolatinį bakterijų aktyvumą. Fotoelektronai sustiprina bakterijų medžiagų apykaitą, o bakterijos savo ruožtu nuolat atkuria aktyvias mineralų vietas. Taip susidaro uždara, savaime atsinaujinanti grandinė.
Dėl šios savybės biohibridas gali veikti per daugelį valymo ciklų neprarasdamas efektyvumo, todėl technologija atrodo patraukli ilgalaikiam naudojimui.
Bandymų su realiomis kasyklų nuotekomis rezultatai parodė, kad naujoji sistema yra gerokai veiksmingesnė už tradicinius biologinius metodus. Paprastos bakterijos pašalino apie 48 procentus urano, o biohibridinė sistema pasiekė 94 procentų efektyvumą – beveik dvigubai geresnį rezultatą.
Tyrimai taip pat parodė, kad po tokio valymo vanduo tampa gerokai mažiau toksiškas: jis daro mažesnį neigiamą poveikį žemės ūkio augalams ir aplinkos ekosistemoms.
Mokslininkai teigia, kad šis darbas suteikia naujų žinių apie elektronų pernašos procesus gamtoje, kuriuose svarbų vaidmenį atlieka šviesa, mineralai ir mikroorganizmai. Be to, technologija gali tapti pagrindu kuriant naujas tvarias bioremediacijos sistemas, kurias būtų galima taikyti tiesiogiai užterštose vietovėse.
Nors ši sistema dar tik žengia iš laboratorinių tyrimų į galimus praktinius sprendimus, jos potencialas vertinamas labai palankiai. Ateityje ji gali tapti svarbia priemone kovojant su urano tarša aplinkoje.
