Die Geschichte hat den Bergbau als einen Job angesehen, der viele schwere Maschinen und körperliche Arbeit erfordert. Das Herausholen von wertvollem Material aus dem Boden ist seit Jahrtausenden für den menschlichen Fortschritt notwendig. Dieser Fortschritt hat zu einer alternativen Methode geführt, diese Ressourcen aus der Erde oder anderen Himmelskörpern zu holen. Die neue Technik setzt auf einen symbiotischen Lebenspartner, der seit Jahrtausenden mit uns zusammenlebt – Bakterien. Ein kürzlich von ESA durchgeführtes Experiment Biorock Das Untersuchungsteam zeigt, dass dieser Prozess – bekannt als „Biomining“ – der effektivste Weg sein könnte, einige Materialien im Weltraum zu sammeln.
Die neue Forschung war nicht das erste weltraumgestützte Biorock-Experiment. Im Jahr 2019 zeigte das Team, dass es Seltene Erden (SEEs) mithilfe eines Biofilms auf Basalt, einer Art Eruptivgestein, das sowohl auf dem Mars als auch auf dem Mond vorkommt, extrahieren kann. Seltene Erden, obwohl sie fast überall auf der Erde vorkommen, sind nur in winzigen Mengen vorhanden. Sie abzubauen ist mit traditionellen Methoden für die meisten Standorte unerschwinglich, obwohl sie in verschiedenen industriellen Prozessen und High-Tech-Produkten weit verbreitet sind.
Anton Petrov beschreibt den Prozess des Biomining.
Kredit – Anton Petrov YouTube-Kanal
REEs waren jedoch nicht das einzige interessante Material für das Biorock-Experiment. Obwohl Vanadium selbst kein Seltenerdelement ist, wird es auch häufig in industriellen Prozessen verwendet, einschließlich der Verstärkung von Stahl, der Herstellung von supraleitenden Geräten und Batterien. Im Mittelpunkt des neuen Papiers standen Daten zur Sammlung von Vanadium, die jedoch gleichzeitig mit den ursprünglichen REE-Daten erhoben wurden.
In der Studie wurden drei verschiedene Bakterienarten verwendet – Sphingomonas desiccabilis, Bacillus subtilis und Cupriavidus metallidurans. Astronauten fütterten sie mit einer Art Gesteinssubstrat namens R2A, einem bekannten Wachstumsmedium für alle drei Bakterienarten. Anstatt den Basalt zu zerkleinern, wie es höchstwahrscheinlich in großen Bioreaktoren der Fall wäre, nahmen die Experimentatoren dünne Basaltscheiben aus einem isländischen Steinbruch, die den auf Mond und Mars gefundenen Basalten bemerkenswert ähnlich sind.
NASA-Video, das das Biomining-Projekt beschreibt.
Kredit – NASA Johnson YouTube-Kanal
Nach der Flugvorbereitung und der Landung auf der ISS führten Astronauten die Proben in ein KUBIK Inkubator . Zwei der Versuchsbehälter begannen sich zu drehen, um die Schwerkraft des Mars und des Mondes zu simulieren. Ein dritter Container wurde stationär auf der Raumstation gelassen, während sich ein anderer Container als Kontrolle im Ames Research Center der NASA befand. Darüber hinaus platzierten die Forscher an beiden Stellen und allen Schweregraden „sterile“ Kammern, in die keine Bakterien eingebracht wurden. Diese würden als „Kontrollen“ des Experiments verwendet, um zu sehen, wie viel Vanadium allein durch die Anwesenheit der Bakterien aus dem Basalt extrahiert wurde.
Anfangs dachte das Team, dass die Unterschiede in der Schwerkraft einen großen Unterschied in der Wirksamkeit der Bakterien beim Sammeln von Vanadium ausmachen würden. Die Schwerkraft hat einen wesentlichen Einfluss auf zwei strömungsdynamische Prozesse – Sedimentation und Konvektion – und beeinflusst die Exposition der Bakterien gegenüber dem Substratmaterial.
Bild der BioRock-Experimentierkammern, bevor sie zur ISS geflogen wurden.
Kredit - ESA
Aber zu ihrer Überraschung schien die Schwerkraft fast keinen Einfluss auf die Wirksamkeit der Bakterien zu haben. Die Proben mitSphingomonas desiccabilisundBacillus subtiliswaren viel effektiver als ihre sterilen Kontrollen und produzierten im Durchschnitt über alle drei Schwerkraftstufen durchschnittlich 184% und 283% mehr Vanadium.
Eine mögliche Erklärung für diesen Mangel an Gravitationseffekt ist banal, aber wesentlich – die Dauer des Experiments selbst (21 Tage) könnte es den Mikroben ermöglicht haben, so hoch konzentriert zu werden, wie sie es hätten tun können. Kürzere Wachstumsperioden könnten zeigen, dass Sedimentation und Konvektion einen größeren Einfluss auf die Fähigkeit der Mikrobe haben, auf Material zuzugreifen, wenn sie das Medium noch nicht vollständig sättigen.
Astronaut Luca Parmitano installierte das BioRock-Experiment auf der ISS.
Kredit - NASA
In jedem Fall zeigen diese Biorock-Experimente die Machbarkeit des Einsatzes von Biomining-Techniken im Weltraum, zumindest in kleinem Maßstab. Die Skalierung auf die industriellen Prozesse, die für den wirtschaftlichen Abbau des Mondes oder eines Asteroiden erforderlich sind, wäre ein großer Fortschritt, aber wie bei vielen Wissenschaften und Ingenieuren wird es mehr Forschung erfordern, bevor sich ein Prozess als wirksam erweisen kann. Aber vielleicht werden es eines Tages Schiffe mit riesigen schwimmenden Bottichen voller Mikroben geben, die eifrig an den Gesteinen eines Asteroiden herumkauen.
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Leitbild:
Fluoreszenzmikroskopische Aufnahme eines Spingomonas desiccabilis-Biofilms, der auf Basalt wächst, bevor er ins All geschossen wird.
Kredit - ESA
