تحسين الاستخراج الحيوي لليورانيوم في بيئات مياه نصف مالحة عبر تآزر ميكروبي باستخدام نمذجة وتحسين قائمين على منهجية سطح الاستجابة

لماذا تهم المياه المالحة والمساعدون الصغار

مع صعوبة العثور على خامات يورانيوم عالية الجودة وتزايد ندرة المياه العذبة، تبحث شركات التعدين عن طرق أنظف وأرخص لاستخراج هذا الوقود الحيوي للطاقة النووية. نهج واعد هو ترك العمل للكائنات الحية الدقيقة: بعض البكتيريا تستطيع إذابة المعادن من الصخور ببطء في عملية تُسمى الاستخلاص الحيوي. لكن هناك عقبة—فهذه الميكروبات عادةً لا تحب المياه المالحة أو نصف المالحة، وهي غالبًا المياه الوحيدة المتاحة في مناطق التعدين الجافة. تستكشف هذه الدراسة حلًا مبتكرًا: إقامة تعاون بين بكتيريا متحملة للملوحة وخميرة حتى يتمكنا معًا من سحب اليورانيوم من خامات منخفضة الدرجة في ظروف نصف مالحة.

السماح للميكروبات بتعدين الصخور

بدلاً من استخدام درجات حرارة عالية أو مواد كيماوية قاسية، يعتمد الاستخلاص الحيوي على كائنات دقيقة تكسب طاقتها بتحويل الحديد والكبريت في الخامة. أثناء ذلك تخلق بيئة حامضية ومؤكسدة تحول معادن اليورانيوم الصلبة إلى أشكال مذابة يمكن استخلاصها من المحلول. عمل الباحثون على خام يورانيوم منخفض الدرجة من وسط إيران ونمّوا بكتيريا محبة للملوحة، Acidithiobacillus ferrooxidans السلالة THA4، في وسط مختبري يحتوي على كميات مضبوطة من الملح والخامة المسحوقة والهواء. بقياس كمية اليورانيوم التي انتهت في السائل تحت ظروف مختلفة، تمكنوا من تقييم مدى نجاح الميكروبات في «تعدين» الصخور.

اختبار المياه المالحة وحمولة الخامة

سؤال أساسي كان مدى الملح والمواد الصلبة التي يمكن أن تتعامل معها البكتيريا قبل أن تتراجع أداؤها. باستخدام نهج إحصائي يُسمى منهجية سطح الاستجابة، variated الفريق مستوى الملح، وتركيز الخامة (كثافة اللبّ)، ووقت التلامس، والكمية الابتدائية من البكتيريا عبر عشرات التجارب. وجدوا أن الملح العالي وزيادة الخامة الصلبة كلاهما قللا من استرداد اليورانيوم: الملح يضع الميكروبات تحت ضغط أسموزي، في حين أن الملاط الكثيف يحدّ من الأكسجين ويجعل وصول الخلايا إلى أسطح المعادن أصعب. إطالة زمن الاستخلاص ساعدت حتى حوالي عشرة أيام، مما أعطى البكتيريا وقتًا للنمو وإنتاج عوامل مؤكسدة، لكن بعد ذلك تراجع الأداء، على الأرجح لأن المغذيات استُهلكت وتراكمت نواتج الفضلات.

إضافة شريك لظروف قاسية

لزيادة الاستخلاص في الماء نصف المالح، قدم الباحثون كائنًا ثانيًا: الخميرة Rhodotorula toruloides السلالة IR-1395، القادرة على تحمل الحموضة والملوحة. بدلاً من التنافس، يلعب النوعان أدوارًا مختلفة. تتغذى البكتيريا على الحديد غير العضوي والكبريت وتعتمد على ثاني أكسيد الكربون، بينما تستخدم الخميرة المواد العضوية وتطلق ثاني أكسيد الكربون مرة أخرى في السائل. عندما وُجد كلاهما بكميات مختارة بعناية، أصبح النظام أكثر مرونة. الجمع الأمثل بين البكتيريا والخميرة زاد من استرداد اليورانيوم بنحو 24 بالمئة مقارنةً بالبكتيريا وحدها في ظروف ملحية مماثلة، وأصبح المحلول أكثر مؤكسدية وأكثر حمضية—وكلاهما ملائمان لإذابة اليورانيوم.

مراقبة الميكروبات وهي تبني مجتمعات تعدين

استخدم الفريق أيضًا المجهر الإلكتروني الماسح مع التحليل العنصري للنظر مباشرة في كيفية استعمار الكائنات للخامة. خلال بضعة أيام، لاحظوا خلايا بكتيرية فردية تلتصق بحبيبات المعدن. بعد 16 يومًا، أظهرت العينات التي احتوت على البكتيريا والخميرة طبقات ميكروبية كثيفة—أغشية حيوية—تغطي الصخر، إلى جانب قشور معدنية مثل الجاروسايت على السطح. تساعد هذه الأغشية الحيوية في إبقاء الخلايا على اتصال وثيق مع الخامة، حيث يمكنها إنتاج مركبات تهاجم المعدن باستمرار وتحافظ على انتقال اليورانيوم إلى المحلول. الدلائل البصرية دعمت القياسات: لم ينجُ التكتل الميكروبي فحسب، بل أعاد تشكيل سطح الصخر بنشاط في البيئة المالحة.

ماذا يعني هذا لمستقبل استرداد اليورانيوم

بشكل عام، تُظهر الدراسة أن شراكة مصممة بعناية بين ميكروبات مختلفة يمكن أن تتغلب على أحد العوائق الرئيسية للاستخلاص الحيوي: الحساسية للملح. من خلال إقران بكتيريا متحملة للملوحة مع خميرة متوافقة واستخدام أدوات إحصائية لضبط مستوى الملح، وحمولة الخامة، وجرعات الميكروبات، والوقت، أنشأ الباحثون نظامًا كفؤًا لاستخلاص اليورانيوم يعمل في المياه نصف المالحة وعلى خامات منخفضة الدرجة. للقراء غير المتخصصين، الخلاصة أن الكائنات الحية الدقيقة الصغيرة يمكن أن تعمل كعُمّال مناجم صديقين للبيئة، وأن توحيدها بشكل صحيح قد يساعد في استرداد المعادن الثمينة حيث لم تعد المياه النظيفة والخامات الغنية متاحة.

الاستشهاد: Shoja, M., Mohammadi, P., Tajer-Mohammad-Ghazvini, P. et al. Improved uranium bioleaching in brackish environments via microbial consortium using RSM based modelling and optimization. Sci Rep 16, 9697 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39700-3

الكلمات المفتاحية: الاستخلاص الحيوي, استخراج اليورانيوم, مياه مالحة, تجمعات ميكروبية, التعدين الحيوي