Verbeterde uranium-bioleaching in brakke omgevingen via een microbiële consortium met RSM-gebaseerde modellering en optimalisatie

Waarom zout water en kleine helpers ertoe doen

Nu hoogkwalitatief uraniumerts moeilijker te vinden is en zoetwater schaars wordt, zoeken mijnbedrijven naar schonere, goedkopere manieren om deze belangrijke brandstof voor kernenergie te winnen. Een veelbelovende aanpak is het laten werken van microben: bepaalde bacteriën kunnen metalen langzaam uit gesteente oplossen in een proces dat bioleaching heet. Er is echter een probleem — deze microben verdragen meestal geen zoute, brakke wateren, die in droge mijngebieden vaak de enige beschikbare watervoorraad vormen. Deze studie onderzoekt een slimme oplossing: het samenwerken van een zouttolerante bacterie met een gist, zodat ze samen uranium uit laagwaardige ertsen kunnen terugwinnen onder brakke condities.

Microben het gesteente laten ontginnen

In plaats van hoge temperaturen of agressieve chemicaliën te gebruiken, berust bioleaching op micro-organismen die energie winnen door ijzer en zwavel in het erts om te zetten. Daarbij creëren ze een zuur, oxiderend milieu dat vaste uraniummineralen omzet in opgeloste vormen die uit oplossing kunnen worden teruggewonnen. De onderzoekers werkten met een laagwaardig uraniumerts uit centraal Iran en kweekten een halotolerante bacterie, Acidithiobacillus ferrooxidans stam THA4, in een laboratoriummedium met gecontroleerde hoeveelheden zout, fijngemalen erts en lucht. Door zorgvuldig te meten hoeveel uranium onder verschillende condities in de vloeistof terechtkwam, konden ze beoordelen hoe goed de microben het gesteente "ontgonnen".

Testen van zoutgehalte en ertsbelasting

Een cruciale vraag was hoeveel zout en vaste stof de bacteriën aankonden voordat hun prestaties achteruitgingen. Met een statistische methode genaamd response surface methodology varieerden de onderzoekers zoutniveau, ertsconcentratie (pulpdichtheid), contacttijd en de aanvangshoeveelheid bacteriën over tientallen experimenten. Ze ontdekten dat meer zout en een hoger percentage vast erts beide de uraniumterugwinning verminderden: zout veroorzaakte osmotische stress bij de microben, terwijl dichte slurry’s de zuurstoftoevoer beperkten en het voor cellen lastiger maakten de mineraaloppervlakken te bereiken. Het verlengen van de leach-tijd hielp tot ongeveer tien dagen, waardoor de bacteriën tijd hadden om te groeien en oxiderende stoffen te produceren, maar daarna nam de prestatie weer af, waarschijnlijk doordat voedingsstoffen opraakten en afvalproducten zich ophoopten.

Een partner toevoegen voor moeilijke condities

Om de extractie in brak water te verbeteren, introduceerden de onderzoekers een tweede microbe: de gist Rhodotorula toruloides stam IR-1395, die zowel zuurgraad als zout kan verdragen. In plaats van te concurreren vervullen de twee soorten verschillende rollen. De bacterie leeft van anorganisch ijzer en zwavel en is afhankelijk van koolstofdioxide, terwijl de gist organisch materiaal gebruikt en koolstofdioxide terug in de vloeistof afgeeft. Wanneer beide in zorgvuldig gekozen verhoudingen aanwezig waren, werd het systeem robuuster. De geoptimaliseerde combinatie van bacterie en gist verhoogde de uraniumterugwinning met ongeveer 24 procent vergeleken met alleen de bacterie onder vergelijkbare zoute omstandigheden, en de oplossing werd zowel oxiderender als zuurder — beide gunstig voor het oplossen van uranium.

Microben zien gemeenschappen bouwen

Het team gebruikte ook scanning elektronenmicroscopie gecombineerd met elementanalyse om direct te bekijken hoe de organismen het erts koloniseerden. Binnen enkele dagen zagen ze afzonderlijke bacteriële cellen die zich aan mineraalkorrels hechtten. Na 16 dagen toonden monsters met zowel bacterie als gist dicht opeengepakte microbiële lagen — biofilms — die het gesteente bedekten, samen met mineraalkorstjes zoals jarosiet aan het oppervlak. Deze biofilms helpen cellen in nauw contact met het erts te houden, waar ze continu stoffen kunnen produceren die het mineraal aantasten en uranium in oplossing houden. De visuele aanwijzingen ondersteunden de metingen: het consortium overleefde niet alleen, maar hervormde actief het gesteenteoppervlak in de zoute omgeving.

Wat dit betekent voor toekomstige uraniumwinning

Samengevat laat de studie zien dat een doordacht samengestelde samenwerking tussen verschillende microben een van de belangrijkste obstakels van bioleaching kan overwinnen: gevoeligheid voor zout. Door een zouttolerante bacterie te combineren met een compatibele gist en statistische instrumenten te gebruiken om zoutgehalte, ertsbelasting, microbe-doseringen en tijd fijn af te stemmen, creëerden de onderzoekers een efficiënt uraniumleach-systeem dat werkt in brak water en op laagwaardig erts. Voor niet-specialisten is de kernboodschap dat kleine organismen kunnen fungeren als milieuvriendelijke mijnwerkers, en dat het juist samenbrengen van deze organismen kan helpen waardevolle metalen terug te winnen waar schoon water en rijke ertslagen niet langer beschikbaar zijn.

Bronvermelding: 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

Trefwoorden: bioleaching, uraniumwinning, zout water, microbiële consortiums, biomijnbouw