Dünya’da ve Uzayda Biyomadencilik

Maden cevherlerinden metalleri özütlemek için mikroorganizmalardan yararlanılan yöntemler biyomadencilik olarak adlandırılır. Biyomadenciliğin yeryüzündeki tarihi 1950’lere kadar gider. Günümüzde bazı araştırmacılar Uluslararası Uzay İstasyonu’nda (ISS) uzayda biyomadencilikle ilgili çalışmalar yapıyor.

Modern biyomadencilik sistemlerinin geliştirilmesine yol açan ilk olay, Kenneth Temple’ın 1951 yılında Acidithiobacillus ferrooxidans bakterilerinin demir, bakır ve magnezyum bakımından zengin olan ortamlarda hızla çoğaldığını keşfetmesi oldu. Bakteriler, litrede 2000 ila 26.000 miligram Fe⁺² iyonları bulunan ortamlara bırakıldıklarında daha hızlı büyüyor ve daha hareketli oluyordu. Bu durum mikroorganizmaların metalleri algılayabildiğini ve yakalayabildiğini gösteriyordu.

Madencilikte mikroorganizmalardan yararlanılan yöntemlerin bir örneği piritten (FeS₂) demir elde edilmesidir. Normal şartlar altında cevherdeki pirit oksijenle ve mikroorganizmalarla temas hâlinde değildir. Ancak cevherin çıkarılmaya başlanmasıyla durum değişir. İlk aşamada pirit oksijen ve suyla tepkimeye girer:

FeS₂ + 7/2 O₂ + H₂O → Fe²⁺ + 2 SO₄^2- + 2H⁺

Ortaya çıkan Fe²⁺ iyonları Acidithiobacillus ferrooxidans bakterileri tarafından enerji üretiminde kullanılır. Bu sırada Fe²⁺ iyonları Fe³⁺ iyonlarına yükseltgenir:

Fe²⁺ → Fe³⁺ + e^-

Ortaya çıkan Fe³⁺ iyonlarıysa piritle tepkimeye girer:

FeS₂ + 14 Fe³⁺ + 8 H₂O → 15 Fe²⁺ + 2 SO₄^2- + 16 H⁺

Üretilen Fe²⁺ iyonları bakteriler tarafından yeniden Fe³⁺ iyonlarına dönüştürülür, Fe³⁺ iyonları da yeniden piritle tepkimeye girer. Böylece sürekli tekrar eden bir tepkimeler dizisi ortaya çıkar.

Mikroorganizmalar kullanılarak metallerin özütlendiği tesislerde genellikle kemostat olarak adlandırılan ekipmanlar bulunur. İçinde madeni özütleyen mikroorganizmaların bulunduğu bu ekipman, üst kısmından sürekli olarak maden cevheriyle beslenir. Ekipmanın alt kısmındaysa içinde metaller ve mikroorganizmalar bulunan sıvının toplanarak metalin çökeltileceği ve saflaştırılacağı kısma aktarıldığı bir gider bulunur.

Günümüzde Ay’da ve Mars’ta koloniler kurmanın planları yapılıyor. Ancak bu amaç için gerekli metalleri Dünya’dan taşımak olasılık dışı. Dünya dışında kurulacak koloniler için gerekli metalleri yerinde elde etmenin bir yolu biyomadencilik olabilir. Ancak yeryüzündekinden farklı koşullarda süreçlerin nasıl gerçekleşeceğini tahmin etmek çok zor. Bu yüzden yakın zamanlarda ISS’de biyomadencilikle ilgili araştırmalar yapılmaya başlandı. BioRock adı verilen proje kapsamında, prototip bir biyomadencilik reaktörü kullanılarak ISS’deki gibi ağırlıksız ortamlarda ve Mars’takine benzer büyüklükte kütleçekimine sahip ortamlarda mikroorganizmalarla kayaçların nasıl etkileştiği inceleniyor. Üç ayrı mikroorganizma türünün kullanıldığı deneylerin temel amacı, mikroorganizmaların 20 ayrı türde metali kayaçlardan özütleme konusunda ne kadar yararlı olabileceğini tespit etmek.

Mikroorganizmaların metalleri yakalamasının faydalı olduğu bir başka alan biyosağaltımdır. Kirli topraklardaki veya sulardaki metalleri temizlemek için de bazen mikroorganizmalardan yararlanılır. Üstelik biyosağaltımın kullanım alanı sadece metallerle sınırlı da değildir. Örneğin 2010 yılında Meksika Körfezi’nde yaşanan çevre faciasından sonra körfezdeki petrol sızıntısını temizlemek için mikroorganizmalardan yararlanılmıştı.