История рассматривает добычу полезных ископаемых как работу, требующую большого количества тяжелой техники и физического труда. Извлечение ценного материала из земли было необходимо для прогресса человечества на протяжении тысячелетий. Этот прогресс привел к альтернативному методу получения этих ресурсов с Земли или других небесных тел. Новый метод основан на симбиотическом спутнике жизни, который сожительствовал с нами на протяжении тысячелетий - бактериях. Недавний эксперимент, проведенный исследовательской группой ESA Biorock, показывает, что этот процесс, известный как «биодобыча», может быть наиболее эффективным способом сбора некоторых материалов в космосе.
Новое исследование не было первым космическим экспериментом Biorock. В 2019 году команда показала, что он может извлекать редкоземельные элементы (РЗЭ) с помощью биопленки, прикрепленной к базальту, типу вулканической породы, которая также присутствует как на Марсе, так и на Луне. РЗЭ, хотя и встречаются почти повсюду на Земле, они присутствуют лишь в незначительных количествах. Их добыча непомерно дорога традиционными методами для большинства мест, хотя они широко используются в различных промышленных процессах и высокотехнологичных продуктах.
Антон Петров рассказывает о процессе биодобычи.
Кредит - канал Антона Петрова на YouTube
Однако РЗЭ были не единственным материалом, представляющим интерес для эксперимента Biorock. Хотя ванадий сам по себе не является редкоземельным элементом, он также широко используется в промышленных процессах, включая упрочнение стали, изготовление сверхпроводящих устройств и батарей. Данные о сборе ванадия были в центре внимания новой статьи, но эти данные были собраны одновременно с исходными данными о РЗЭ.
В исследовании использовались три различных типа бактерий - Sphingomonas desiccabilis, Bacillus subtilis и Cupriavidus Metallidurans. Астронавты кормили их своего рода каменным субстратом, известным как R2A, известной питательной средой для всех трех типов бактерий. Вместо того, чтобы дробить базальт, как это, скорее всего, было бы сделано в крупномасштабных биореакторах, экспериментаторы взяли тонкие срезы базальта, собранные в карьере в Исландии, который удивительно похож на базальты, найденные на Луне и Марсе.
Видео НАСА, описывающее проект биомайнинга.
Кредит - канал НАСА Джонсона на YouTube
После подготовки к полету и посадки на МКС космонавты внесли образцы в инкубатор KUBIK . Два экспериментальных контейнера начали вращаться, имитируя марсианскую и лунную гравитацию. Третий контейнер остался неподвижным на космической станции, в то время как другой контейнер находился в качестве контрольного в Исследовательском центре Эймса НАСА. Кроме того, исследователи разместили «стерильные» камеры без попадания в них бактерий в обоих местах и при всех уровнях силы тяжести. Они будут использоваться в качестве «контроля» эксперимента, чтобы увидеть, сколько ванадия было извлечено из базальта просто по присутствию бактерий.
Первоначально команда думала, что разница в гравитации будет иметь большое значение для эффективности бактерий в сборе ванадия. Гравитация оказывает существенное влияние на два гидродинамических процесса - седиментацию и конвекцию - влияя на степень воздействия бактерий на материал субстрата.
Изображение экспериментальных камер BioRock до их отправки на МКС.
Кредит - ESA
Но, к их удивлению, сила тяжести почти не повлияла на эффективность бактерий. Образцы с Sphingomonas desiccabilis и Bacillus subtilis были намного более эффективными, чем их стерильные контроли, производя в среднем на 184% и 283% больше ванадия на всех трех уровнях плотности.
Одно из возможных объяснений этого отсутствия гравитационного эффекта банально, но важно - продолжительность самого эксперимента (21 день), возможно, позволила микробам стать настолько концентрированными, насколько они были бы в состоянии. Более короткие периоды роста могут показать, что седиментация и конвекция в большей степени влияют на способность микробов получать доступ к материалам, если они еще не полностью насыщают среду.
Астронавт Лука Пармитано установил эксперимент BioRock на МКС.
Кредит - НАСА
В любом случае, эти эксперименты с Biorock показывают жизнеспособность использования методов биодобычи в космосе, по крайней мере, в небольших масштабах. Расширение масштабов до промышленных процессов, необходимых для добычи на Луне или астероиде с экономической точки зрения, было бы большим шагом вперед, но, как и в случае с другими научными и инженерными науками, потребуются дополнительные исследования, прежде чем какой-либо процесс может быть доказан как эффективный. Но, возможно, когда-нибудь появятся корабли с гигантскими плавающими чанами с микробами, которые будут деловито жевать камни, собранные с астероида.
#наука #космос #звезды #астрология для всех #физика
