Dodano: 12 listopad 2020r.

W kosmicznym górnictwie mogą pomóc... bakterie

Testy przeprowadzone przez astronautów na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS) sugerują, że w wydobyciu cennych minerałów z kosmicznych skał pomóc mogą... bakterie. Eksperymenty te mogą utorować drogę do górnictwa kosmicznego, a w przyszłości do kolonizacji innych światów przez ludzi.

W kosmicznym górnictwie mogą pomóc... bakterie

 

W przestrzeni kosmicznej można znaleźć bogate złoża rzadkich na Ziemi minerałów, takich jak chociażby występujący na naszej planecie w śladowych ilościach izotop helu Hel-3, który może stać się wydajnym paliwem dla przyszłych misji kosmicznych, ale też wydajnym źródłem energii. Ale w kosmicznych skałach można znaleźć też inne surowce: platynę i wolfram, iryd, osm, pallad, ren, rod, czy ruten. W przypadku ewentualnych misji kolonizacyjnych ważnym elementem może być też znajdujący się w przestrzeni kosmicznej lód.

Pozyskiwanie minerałów z latających w przestrzeni kosmicznej skał nie będzie łatwe. Nie będzie też tanie, ale znajdujące się tam bogactwa powinny pozwolić firmom, które zdecydują się na inwestycje w kosmiczne górnictwo, na zwrot poniesionych nakładów. W przestrzeni kosmicznej Układu Słonecznego krąży ponad 500 planetoid, z których każda jest warta ponad 100 bilionów dolarów. Należy zaznaczyć, że to tylko te, które zostały przynajmniej pobieżnie zbadane przez ludzi, bo może ich być znacznie więcej.

Kosmiczne górnictwo

Ustanowienia stałej obecności człowieka w kosmosie będzie wymagało pozyskiwania potrzebnych surowców lokalnie. Wysyłanie materiałów z Ziemi może mieć sens jedynie na początku przedsięwzięcia, z czasem będzie to zbyt kosztowne. Nawet w najtańszej opcji, czyli wyniesienie materiałów przez rakietę Falcon Heavy firmy SpaceX, jeden kilogram ładunku kosztuje około 1500 USD.

W środowiskach kosmicznych, takich jak asteroidy, Księżyc, czy Mars, wydobycie surowców będzie kluczowe podczas zakładania ludzkich placówek. Chociaż asteroidy i Księżyc oferują bogate źródła wielu metali, które z pewnością będą potrzebne, pytanie brzmi: jak je wydobywać w tak odmiennym środowisku? Z pomocą mogą przyjść bakterie.

W wydobyciu mogą pomóc bakterie

Eksperymenty na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej wykazały, że bakterie mogą poprawić wydajność górnictwa kosmicznego o ponad 400 procent, oferując znacznie łatwiejszy dostęp do materiałów, takich jak magnez, żelazo i minerały ziem rzadkich, które są szeroko stosowane w elektronice.

Na Ziemi bakterie odgrywają bardzo ważną rolę w wydobywaniu minerałów. Są zaangażowane w naturalne wietrzenie i rozkład skał, uwalniając zawarte w nich minerały. Ta zdolność została wykorzystana do wspomagania operacji wydobywczych przez ludzi. Biogórnictwo (z ang. biomining) ma wiele zalet. Może na przykład pomóc zmniejszyć zależność od cyjanku do wydobywania złota. Bakterie mogą również pomóc w odkażaniu zanieczyszczonej gleby.

- Mikroorganizmy są bardzo wszechstronne i w kosmosie mogą być wykorzystywane do realizacji różnorodnych procesów - powiedziała Rosa Santomartino z Uniwersytetu w Edynburgu w Wielkiej Brytanii. - Wydobywanie surowców jest potencjalnie jednym z nich - dodała.

Eksperymenty na ISS

Naukowcy już od jakiegoś czasu zastanawiali się, co zrobić, by kosmiczne górnictwo stało się realną opcją. Ich uwagę przyciągnęły bakterie. Międzynarodowy zespół opracował małe urządzenia wielkości pudełka zapałek, które miały być polem testowym biogórnictwa. 18 takich reaktorów biogórniczych, jak nazwali je uczeni, zostało wysłanych w lipcu 2019 roku na pokład ISS, w celu przeprowadzenia eksperymentów na niskiej orbicie okołoziemskiej w warunkach mikrograwitacji.

Do każdego z reaktorów badacze wsadzili kawałek bazaltu - rodzaj skały wulkanicznej w dużej ilości obecnej na Księżycu. Te kawałki bazaltu zostały zanurzone na trzy tygodnie w roztworach trzech różnych gatunków bakterii - Sphingomonas desiccabilis, Bacillus subtilis i Cupriavidus metallidurans. Naukowcy chcieli w ten sposób sprawdzić, czy biogórnictwo, które z powodzeniem jest stosowane na Ziemi, może znaleźć zastosowanie także w przestrzeni kosmicznej.

Na pokładzie ISS reaktory biogórnicze zostały podzielone na trzy grupy. Jedna została wsadzona do wirówki, gdzie symulowano ziemską grawitację, druga również powędrowała do wirówki, gdzie symulowane grawitacją na Marsie (około 30 proc. ziemskiej), a trzecia pozostała w warunkach mikrograwitacji. Jako punkt odniesienia zastosowano roztwór kontrolny bez bakterii.

Grawitacja nie ma znaczenia?

Wyniki eksperymentów, które ukazały się na łamach pisma „Nature Communications”, wskazują, że mikrograwitacja, ale też symulowana grawitacja, zarówno ziemska, jak i marsjańska, nie zmieniła specjalnie pracy bakterii. Dla B. subtilis i C. metallidurans ekstrakcja minerałów ziem rzadkich nie różniła się znacząco od roztworu kontrolnego. Ale roztwór S. desiccabilis spowodował wydobycie znacznie większej ilości minerałów ziem rzadkich z bazaltu niż roztwór kontrolny we wszystkich trzech warunkach grawitacyjnych na ISS. Bakterie te pozyskały cer i neodym z podobną wydajnością, co na Ziemi. Należy tutaj dodać, że metody biogórnicze są czterokrotnie bardziej wydajne niż w przypadku niebiologicznych technik.

Wcześniej wykazano, że mikrograwitacja wpływa na procesy mikrobiologiczne, dlatego podobieństwo między stężeniami minerałów wydobywanych we wszystkich trzech warunkach grawitacyjnych było pewnym zaskoczeniem. Zespół zauważył jednak, że wszystkie trzy bakterie osiągnęły podobne stężenia we wszystkich trzech warunkach grawitacji, prawdopodobnie dlatego, że miały wystarczającą ilość składników odżywczych.

Naukowcy doszli do wniosku, że przy wystarczającej ilości składników odżywczych, biogórnictwo jest możliwe w różnych warunkach grawitacyjnych. - Nasze eksperymenty wspierają naukową i technologiczną wykonalność biologicznie wspomaganego wydobywania pierwiastków w Układzie Słonecznym - powiedział astrobiolog Charles Cockell z Uniwersytetu w Edynburgu.

Chociaż wydobywanie surowców w kosmosie i sprowadzanie ich na Ziemię nie jest obecnie opłacalne, biogórnictwo może potencjalnie wspierać samowystarczalną ludzką obecność w kosmosie.

 

Źródło: University of Edinburgh, fot. ESA