Kiinalaistutkijat kehittivät aurinkovoimalla toimivan biohybridin uraanin poistamiseen vedestä

Raskaiden metallien aiheuttama vesien saastuminen on yksi ympäristön sitkeimmistä ongelmista erityisesti kaivosalueilla ja teollisuuskeskittymissä. Esimerkiksi uraani voi säilyä pohjavesissä ja vesistöissä vuosikymmeniä, mikä tekee veden puhdistamisesta vaativaa ja kallista.

Nyt tieteellinen tutkimus on ottamassa harppauksen kohti kestävämpää vedenkäsittelyä. Kiinalaiset tutkijat ovat kehittäneet biohybridijärjestelmän, joka hyödyntää bakteereja ja auringonvaloa raskasmetallien poistamiseen.

Kiinalainen innovaatio: Bakteereja ja auringonvaloa

Science Bulletin -lehdessä julkaistu tutkimus esittelee menetelmän, jossa yhdistetään mikro-organismeja ja mineraalinanopartikkeleita. Hanketta johti professori Wenkun Zhu Southwest University of Science and Technology -yliopistosta.

Järjestelmän ytimessä on Shewanella putrefaciens -bakteeri. Tutkijat saivat bakteerit tuottamaan pinnalleen rautasulfidin (FeS) nanopartikkeleita bakteerin oman aineenvaihdunnan kautta. Näin syntyi biomineraalirakenne, joka toimii aktiivisena ympäristönpuhdistajana.

Miten prosessi toimii?

Kun järjestelmä altistetaan auringonvalolle, rautasulfidipartikkelit toimivat valokatalyytteinä. Prosessi etenee neljässä vaiheessa:

• Nanopartikkelit absorboivat auringonvalon energiaa.
• Energia synnyttää elektroneja.
• Elektronit pelkistävät liukoisen uraanin (heksavalentti).
• Uraani muuttuu vähemmän liukoiseen muotoon (tetravalentti) ja saostuu veteen, jolloin se on helpompi poistaa.

Tämä muutos pysäyttää uraanin leviämisen vesistöissä ja tekee siitä vaarattomampaa.

Autosuhdennettu kierto

Järjestelmän merkittävin ominaisuus on sen kyky ylläpitää itseään. Osa nanopartikkeleiden tuottamista elektroneista ohjautuu bakteerien aineenvaihduntaan, mikä tehostaa niiden toimintaa. Tämä puolestaan johtaa siihen, että bakteerit tuottavat lisää elektroneja ja auttavat regeneroimaan hapettunutta rautasulfidia.

Auringonvalo, mineraalit ja bakteerien aineenvaihdunta muodostavat siis jatkuvan, itseään vahvistavan kierron. Tämä mahdollistaa tehokkaan vedenkäsittelyn pitkiä aikoja kerrallaan.

Erinomaiset tulokset kenttäkokeissa

Tutkijat testasivat järjestelmää todellisella kaivosvedellä, joka sisälsi huomattavia määriä uraania. Tulokset olivat vakuuttavia:

• Biohybridijärjestelmä poisti uraanista 94 prosenttia.
• Pelkkiä bakteereja käyttävä vertailuryhmä saavutti vain 48 prosentin puhdistustehon.

Lisäksi käsitellyllä vedellä tehdyissä kasvien kasvutesteissä todettiin, että biohybridijärjestelmän avulla puhdistettu vesi vähensi merkittävästi uraanin myrkyllisiä vaikutuksia.

Tulevaisuuden käyttökohteet

Tutkijat uskovat, että teknologia voi toimia perustana seuraavan sukupolven vedenpuhdistusmenetelmille. Mahdollisia käyttökohteita ovat:

• Keinotekoiset kosteikot jätevesien käsittelyyn.
• Kaivosalueiden viemäröintikanavat.
• Pohjavesien suojeluun tarkoitetut biologiset suojamuurit.

Vaikka menetelmä on vielä tutkimusasteella, mikro-organismien, mineraalien ja uusiutuvan aurinkoenergian yhdistäminen tarjoaa lupaavan reitin sitkeiden ympäristömyrkkyjen hallintaan.