Přestože má většina lidí bakterie spojené s nemocemi, mnohé mohou být i užitečné, a to nejen pro zdraví člověka, ale nově také pro ochranu životního prostředí. Biochemici z Přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity spolu s rakouskými kolegy chtějí bakterie využít pro řešení problémů s kovy, které se při tepelné likvidaci odpadu hromadí v popílku a strusce a zatěžují pak životní prostředí.
Za pomoci bakterií a vhodné biotechnologie recyklace lze podle vědců kovy z koncových produktů spalování odpadu nejen odstranit, ale dokonce tyto vzácné suroviny vrátit zpět do výroby a podpořit tak naši soběstačnost v nerostných surovinách.
Vědci chtějí využít kovy obsažené ve vysoké koncentraci právě ve strusce a popílku, které vznikají při spalování odpadu a následně se skládkují v krajině nebo se používají ve stavebnictví. Kovy v obsažené v těchto produktech však zůstávají nevyužity a životnímu prostředí dokonce škodí.
V navrhovaném postupu, který nyní vědci ověřují díky mezinárodnímu projektu, sehrají bakterie zásadní roli hned dvakrát. Nejprve se za pomocí bakterií v bioreaktoru produkuje kyselina sírová a povrchově aktivní látky. Takto vyrobená kyselina sírová a jiné metabolity jsou aplikovány do dalšího bioreaktoru se struskou nebo popílky, kde probíhá jejich kyselé loužení. Toto loužení je dále podpořeno kyselinotvornými bakteriemi, z nichž některé jsou navíc schopné oxidovat železo.
„Bakteriální produkce kyseliny sírové je ekologičtější a levnější než její chemická výroba, navíc jsou produkovány povrchově aktivní látky, které přispívají k rozpouštění kovů. Díky tomu je možné převést vzácné kovy, které se nachází ve strusce a popílku, do roztoku zvaného výluh,“ popsal výhody postupu Jiří Kučera z Ústavu biochemie Přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity. Připustil, že postup bioloužení kovů z minerálních rud je vědcům známý již několik desítek let a v zahraniční se využívá zejména k těžbě mědi.
K čistému kovu pomůžou fermentační bakterie
Inovativní přínos navrhovaného řešení spočívá v tom, jak z roztoku získat rozpuštěné kovy, aby je bylo možné znovu použít. A zde vstupují na scénu opět bakterie, i když jiné než ty kyselinotvorné, které byly využity v první fázi. Jde o takzvané fermentační bakterie, které se přirozeně vyskytují například ve spodních vrstvách kalu u čistíren odpadních vod.
„Výluh obsahující kovy je aplikován do mikrobiálního palivového článku, jehož princip spočívá v rozkladu organické hmoty (nejlépe odpadu) bakteriemi v anaerobním prostředí anody. Při tomto metabolickém procesu vznikají elektrony a protony. Elektrony proudí ke katodě a tvoří elektrický proud a protony procházejí přes membránu také směrem ke katodě, kde se slučují s kyslíkem za vzniku vody. Na katodě se poté získávají čisté kovy, jako zinek a měď,“ popsal Kučera.
Zatímco samotná produkce elektřiny při tomto procesu s ohledem na její množství až tak zásadní není, výtěžnost kovu obsaženého ve strusce a popílku je dle vědců velmi pozitivním zjištěním. „Dosavadní výsledky výzkumu ukazují, že touto cestou dokážeme vytěžit až 100 procent některých kovů obsažených v odpadovém materiálu, jinými slovy popílek a strusku od kovů značně vyčistit. A navíc můžeme získané vzácné kovy znovu využít,“ doplnil Kučera.
Přeshraniční spolupráce ověří využití v poloprovozu
Účinnost navrženého postupu nyní vědci ověřují díky spolupráci s partnery z Universität für Bodenkultur v rakouském Tullnu, kde probíhá aplikovaný výzkum v oblasti optimalizace bioloužení v bioreaktorech a metalurgické centrum K1-MET GmbH v Linci, kde se ověřují bioelektrochemické procesy v mikrobiálních palivových článcích.
„Naším společným úkolem je nyní převést optimalizované bioprocesy z laboratorního měřítka do většího poloprovozu a zajistit, aby se bakterie na zvýšené koncentrace kovů zvládli adaptovat,“ upřesnil Kučera s tím, že další výsledky představí v létě.
Vyhodnocení ekonomického a environmentálního hlediska navrženého postupu je v rámci projektu úkolem Energetické agentury Vysočiny, která jako partner projektu zajišťuje také napojení na sektor odpadového hospodářství. Projekt je financován z Evropského fondu pro regionální rozvoj v rámci programu přeshraniční spolupráce Interreg V-A Rakousko-Česká republika částkou ne celých 20 milionů korun, z toho téměř třetina připadla Masarykově univerzitě.