استفاده از باکتری‌ها برای معدنکاری سنگ‌های موجود در فضا

قمرها، سیاره‌ها و سیارک‌های منظومه‌ی شمسی پر از مواد مفید هستند: آب برای ساخت سوخت هیدروژنی، مواد فلزی و معدنی برای ساخت‌و‌ساز و حتی سنگ‌هایی که می‌توانند به مواد خاک‌مانندی برای کشاورزی و زمینی‌سازی استفاده شوند. کریس دریر، مهندس مکانیکی که منابع فضایی را مورد مطالعه قرار می‌دهد، می‌گوید:

تقریبا تمام مواد خامی که شما برای ساختن هر چیزی در فضا به آن نیاز دارید، در آنجا وجود دارد.

سه باکتری برای معدنکاری در فضا

آزمایشی که در تاریخ ۲۵ ژوئیه در ایستگاه فضایی بین‌المللی آغاز شد، توانایی باکتری‌ها را برای انجام این کار مورد آزمایش قرار می‌دهد؛ فرایندی که «معدنکاری زیستی» نامیده می‌شود. این آزمایش در ۱۸ رآکتور کوچک معدنکاری زیستی انجام می‌شود که هرکدام دارای اندازه‌ای به حد یک دسته کارت بازی هستند و شامل دو فضای واکنش کوچک هستند. چارلز کاکل، اخترزیست‌شناس دانشگاه ادینبورگ که هدایت این پروژه را بر عهده دارد، می‌گوید:

این‌ها نخستین نمونه از رآکتورهای مینیاتوری معدنکار هستند که به فضا می‌روند.

درون رآکتورهای مذکور سه نوع باکتری مختلف روی بازالت، یک سنگ آتشفشانی رایج که بیشتر سطح پوسته‌ی ماه و مریخ را تشکیل می‌دهد، رشد خواهند کرد. این سه فضانورد میکروسکوپی عبارت‌اند از: Bacillus subtilis (گونه‌ی رایجی از باکتری که در خاک زمین و نیز روده‌ی انسان زندگی می‌کند)، Sphingomonas desiccabilis (گونه‌ای از باکتری که ازنظر توانایی تجزیه‌ی سنگ‌ها معروف است) و Cupriavidus metallidurans (یک ارگانیسم مقاوم به فلزات سنگین که گاهی در حوضچه‌ی خنک‌کننده‌ی رآکتورهای هسته‌ای دیده می‌شود).

۱۸ رآکتور معدنکاری زیستی مانند ۶ موردی که در تصویر دیده می‌شود، به‌سوی ایستگاه فضایی بین‌المللی روانه می‌شود تا توانایی میکروب‌ها را برای کمک به جمع‌آوری مواد معدنی از اجسامی مانند سیارک‌ها مورد بررسی قرار دهد

یک‌سوم رآکتورها در ایستگاه فضایی در شرایط ریزگرانش طبیعی موجود در ایستگاه فضایی نگه‌داری خواهند شد؛ درحالی‌که یک سوم دیگر در سانتریفیوژی که گرانش ۰/۳۸ گرمی مریخ را شبیه‌سازی می‌کند و یک‌سوم نهایی نیز در سانتریفیوژی که گرانش زمین را شبیه‌سازی می‌کند، نگه‌داری خواهد شد. وقتی که پس از چند هفته رآکتورها به زمین بازگردانده شوند، پژوهشگران این موضوع را مورد مطالعه قرار خواهند داد که میکروب‌ها توانسته‌اند چه مواد معدنی و فلزی را از بازالت استخراج کنند و کارآمدی آن‌ها به‌عنوان معدنکاران زیستی تا چه حد بوده است. آن‌ها همچنین زیست‌لایه‌های باکتریایی تشکیل شده روی سنگ‌ها و غشای پلاستیکی اطراف محفظه‌های واکنش هر رآکتور را مورد بررسی قرار خواهند داد تا ببینند که فعالیت معدنکاری چگونه تحت‌تأثیر تغییر در سطح گرانش قرار گرفته است. کاکل گفت:

در این جعبه‌های کوچک یک سانتی‌متر مکعبی چیزهای زیادی در حال اتفاق افتادن است.

یک جایگزین ارگانیک برای ماشین‌ها

در بیشتر ایده‌های معدنکاری سیارکی میکروب‌ها نقشی ندارند. دریر می‌گوید:

این‌ ایده‌ها شامل گرفتن یک سیارک و حرارت دادن آن تا مرحله‌ی ذوب و استخراج مواد مورد نظر است.

این روش‌ها با چالش‌هایی مانند دمای بالای مورد نیاز برای ذوب سنگ‌ها و نیاز به تکنیک‌های جدیدی برای جدا کردن عناصر سبک‌تر از سنگین‌تر در غیاب گرانش رو‌به‌رو هستند. معدنکاری زیستی می‌تواند از این موانع عبور کند. طبق گفته‌ی کاکل، معدنکاری زیستی مفهوم جدیدی نیست و به‌طور گسترده‌ در عملیات معدنکاری تجاری روی زمین به‌کار رفته است؛ حدود ۲۰ درصد از مس فعلی با این روش حاصل می‌شود. دریر می‌گوید برخی از میکروب‌ها می‌توانند در استخراج مواد معدنی و فلزات از سنگ بسیار کارآمد باشند. میکروب‌هایی وجود دارند که هزاران سال است چنین کاری انجام می‌دهند. برخی از سنگ‌هایی که ما روی زمین آن‌ها را استخراج می‌کنیم، درواقع محصول فرعی فعالیت میکروب‌ها هستند.

دریر توضیح می‌دهد مشکل این است که میکروب‌ها احتمالا بسیار کند عمل خواهند کرد. استخراج مقادیر مفید از ماده به‌وسیله‌ی باکتری به زمان زیادی نیاز دارد. او تصور می‌کند در حال حاضر میکروب‌ها شاید برای تغلیظ مواد فلزی مورد نظر، قبل از فرایند بیشتر مفید باشند. دریر انتظار دارد که معدنکاری سیارکی طی ۱۰ سال آینده به یک واقعیت تبدیل شود. احتمالا هدف نخست، تمرکز روی جمع‌آوری و فرایند آب برای استفاده به‌عنوان پیشرانه باشد. به‌گفته‌ی دریر، این امر با حذف نیاز به حمل مقادیر زیادی سوخت از زمین، موجب می‌شود حرکت در فضا ارزان‌تر شود. بدین ترتیب وارد شدن به مرحله‌ی بعد تسهیل می‌شود: استخراج مواد معدنی و فلزات برای ساختن سازه‌های بزرگ‌تری در فضا. کاکل می‌گوید:

میکروب‌ها در زمین در هر جایی یافت می‌شوند و گریزی از آن‌ها نیست و وقتی ما به فضا می‌رویم نیز به‌دنبال ما می‌آیند. به‌جای اینکه آن‌ها را به چشم موجودات مضری ببنیم، آیا بهتر نیست به این موضوع فکر کنیم که چگونه می‌توانیم از آن‌ها استفاده کنیم؟