“Cư dân nhỏ bé nhất Trái đất” làm tăng hiệu quả khai thác trong không gian?

Việc lấy khoáng chất trong không gian có thể dễ dàng hơn chúng ta tưởng với sự giúp đỡ của một số cư dân nhỏ bé nhất Trái đất.

Các thí nghiệm trên Trạm vũ trụ Quốc tế đã chỉ ra rằng, vi khuẩn có thể cải thiện hiệu quả khai thác đá trong không gian lên hơn 400%, mang lại cách dễ dàng hơn nhiều để tiếp cận các vật liệu như magiê, sắt và các khoáng chất đất hiếm mà chúng ta sử dụng rộng rãi trong thiết bị điện tử và hợp kim.

Trên Trái đất, vi khuẩn đóng một vai trò rất quan trọng trong việc hút khoáng chất từ lòng đất. Chúng tham gia vào quá trình phong hóa tự nhiên và phá vỡ đá, giải phóng các khoáng chất có trong đó.

Khả năng rửa trôi kim loại từ môi trường của vi khuẩn đã được khai thác để hỗ trợ các hoạt động khai thác của con người, được gọi là khai thác sinh học. Nó có một số lợi ích, ví dụ nó có thể giúp giảm sự phụ thuộc vào xyanua để khai thác vàng. Vi khuẩn cũng có thể giúp khử trùng đất ô nhiễm.

Trong môi trường không gian, chẳng hạn như tiểu hành tinh, Mặt trăng và thậm chí cả Sao Hỏa, khai thác mỏ sẽ là một công cụ có giá trị khi chúng ta thiết lập các tiền đồn của con người.

Vận chuyển từ Trái đất rất tốn kém, ngay cả tùy chọn rẻ nhất, Falcon Heavy của SpaceX, cũng có giá 1.500 USD cho mỗi kg trọng tải. Vì vậy, các nhà khoa học đã nghiên cứu tính khả thi của việc khai thác sinh học trong không gian.

“Các vi sinh vật rất linh hoạt và khi chúng ta di chuyển vào không gian, chúng có thể được sử dụng để thực hiện nhiều quá trình khác nhau Khai thác nguyên tố có khả năng là một trong số đó”, nhà sinh vật học vũ trụ Rosa Santomartino thuộc Đại học Edinburgh ở Anh giải thích.

Trong khoảng thời gian 10 năm, nhóm nghiên cứu đã phát triển một thiết bị nhỏ cỡ bao diêm được gọi là lò phản ứng khai thác sinh học có thể dễ dàng vận chuyển và lắp đặt trên Trạm vũ trụ Quốc tế. Vào tháng 7 năm 2019, 18 trong số các lò phản ứng sinh học này đã được chuyển đến ISS để thực hiện các thí nghiệm trên quỹ đạo Trái đất thấp.

Mỗi lò phản ứng sinh học chứa vi khuẩn có thể phủ kín một mảnh đá bazan nhỏ, một loại đá núi lửa có nhiều trên Mặt trăng. Trong khoảng thời gian ba tuần, bazan trong mỗi lò phản ứng được tiếp xúc với vi khuẩn để xác định xem vi khuẩn có thể thực hiện chức năng phong hóa đá tương tự trong môi trường trọng lực thấp hay không.

Lực hấp dẫn mô phỏng trên Sao Hỏa, lực hấp dẫn Trái đất mô phỏng (sử dụng máy ly tâm) và trọng lực vi mô, nhóm đã thực hiện các thí nghiệm với các dung dịch riêng biệt của 3 loại vi khuẩn khác nhau: Sphingomonas desiccabilis, Bacillus subtilis và Cupriavidus metallidurans. Giải pháp kiểm soát không có vi khuẩn được sử dụng làm cơ sở.

Các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng, không có sự khác biệt đáng kể về hiệu suất rửa trôi của vi khuẩn dựa trên điều kiện trọng lực. Đối với B. subtilis và C. metallidurans, khả năng khai thác khoáng chất đất hiếm thấp hơn và không khác biệt đáng kể so với dung dịch đối chứng.

Tuy nhiên, giải pháp sử dụng S. desiccabilis dẫn đến việc chiết xuất các khoáng chất đất hiếm từ bazan nhiều hơn đáng kể so với giải pháp đối chứng.

“Đối với S. desiccabilis, trên tất cả các nguyên tố đất hiếm riêng lẻ và trong cả ba điều kiện trọng lực trên ISS, sinh vật này đã lọc từ 111,9% đến 429,2% các đối chứng phi sinh học”, các nhà nghiên cứu cho biết.

Vì vi trọng lực trước đây đã được chứng minh là có ảnh hưởng đến các quá trình của vi sinh vật, nên sự giống nhau giữa nồng độ của các khoáng chất được chiết xuất trong cả ba điều kiện trọng lực là một điều đáng ngạc nhiên. Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu lưu ý rằng cả ba vi khuẩn đều đạt nồng độ tương tự nhau trong cả ba điều kiện trọng lực, có thể là do chúng có đủ chất dinh dưỡng để làm như vậy.

Các nhà khoa học kết luận, với đủ chất dinh dưỡng, hoàn toàn có thể khai thác sinh học trong một loạt các điều kiện trọng lực.

Nhà sinh vật học thiên văn Charles Cockell của Đại học Edinburgh cho biết: “Các thí nghiệm của chúng tôi hỗ trợ tính khả thi về mặt khoa học và kỹ thuật của việc khai thác nguyên tố được tăng cường về mặt sinh học trong Hệ Mặt trời. Mặc dù việc khai thác các nguyên tố này trong không gian và đưa chúng về Trái đất là không khả thi về mặt kinh tế, nhưng hoạt động khai thác sinh học không gian có thể hỗ trợ sự hiện diện tự duy trì của con người trong không gian.

Ví dụ, kết quả của chúng tôi cho thấy việc xây dựng các mỏ do robot và con người chăm sóc ở vùng Oceanus Procellarum của Mặt trăng, nơi có đá với nồng độ phong phú của các nguyên tố đất hiếm, có thể là một hướng phát triển kinh tế và khoa học của con người bên ngoài Trái đất”.