การปนเปื้อนของ “ยูเรเนียม” ในแหล่งน้ำบริเวณเหมืองเก่า นับเป็นปัญหาทางสิ่งแวดล้อมที่จัดการได้ยากและมีค่าใช้จ่ายสูง เพราะเมื่อยูเรเนียมเปลี่ยนสถานะมาเป็นรูปแบบที่ละลายน้ำได้ มันจะสามารถแพร่กระจายไปตามน้ำบาดาลและขยายวงกว้างเกินกว่าแหล่งกำเนิดเดิม สร้างอันตรายร้ายแรงต่อระบบนิเวศและสุขภาพของมนุษย์หากมีการบริโภคเข้าไป
ทีมนักวิทยาศาสตร์ จากศูนย์วิจัยเฮล์มโฮลทซ์ เดรสเดิน-รอสเซินดอร์ฟ (HZDR) ร่วมกับบริษัท Wismut GmbH และมหาวิทยาลัยกรานาดาน ทำการศึกษาเหมืองชเลมา-อัลเบโรดา ในเยอรมนีตะวันออก ซึ่งเคยเป็นเหมืองยูเรเนียมที่ใหญ่ที่สุดแห่งหนึ่งของโลกก่อนจะปิดตัวในปี 1990 และปัจจุบันถูกน้ำท่วมขังจนต้องมีการบำบัดน้ำอย่างต่อเนื่อง จนพบว่า แบคทีเรียที่อาศัยอยู่ในน้ำสามารถกำจัดยูเรเนียมออกจากน้ำได้
งานวิจัยชิ้นนี้ มุ่งเน้นไปที่การใช้ประโยชน์จากจุลินทรีย์ตามธรรมชาติ ที่อาศัยอยู่ในน้ำในเหมืองที่ถูกน้ำท่วม ซึ่งมีการปรับตัวเข้ากับสภาพแวดล้อมที่มีการปนเปื้อนสูง จุลินทรีย์เหล่านี้มีคุณสมบัติพิเศษในการเปลี่ยนยูเรเนียมที่ละลายน้ำและเป็นพิษ ให้กลายเป็นอนุภาคของแข็งที่เสถียร นับเป็นแนวทางการบำบัดที่มีราคาถูกและยั่งยืนกว่าการใช้สารเคมีทั่วไป
ในการทดลอง ทีมวิจัยได้นำน้ำจากเหมืองมาไว้ในสภาพแวดล้อมที่ไร้ออกซิเจน เพื่อเลียนแบบสภาวะจริงในเหมืองที่ระดับความลึกประมาณ 2,000 เมตร พวกเขาเติม “กลีเซอรอล” สารอินทรีย์ที่พบได้ทั่วไปในธรรมชาติและเป็นผลพลอยได้จากการผลิตไบโอดีเซล เพื่อใช้เป็นแหล่งพลังงานและคาร์บอนให้กับแบคทีเรีย
ผลการศึกษาพบว่า ภายในระยะเวลา 130 วัน แบคทีเรียสามารถกำจัดยูเรเนียมที่ละลายน้ำออกไปได้ถึง 95-96% โดยในช่วงแรกน้ำในเหมืองมีสีเหลือง แต่เมื่อผ่านกระบวนการทางชีวภาพ จะเกิดตะกอนสีดำตกลงที่ก้นขวดทดลอง ขณะที่น้ำด้านบนกลับมาใสสะอาด
ดร.อันโตนิโอ เอ็ม. นิวแมน-พอร์เทลา ผู้นำการวิจัยอธิบายว่า “หลังจาก 130 วัน เหลือยูเรเนียมละลายน้ำเพียง 5% เท่านั้น เราพบว่าแบคทีเรียได้ดึงยูเรเนียมเข้าไปสะสมไว้ที่ผนังเซลล์ ของพวกมัน”
แบคทีเรียเปลี่ยนยูเรเนียมให้อยู่ในสถานะ “เพนทาวาเลนต์” (Pentavalent) หรือ “ยูเรเนียม(V)” ซึ่งเป็นสถานะที่หายากและมักจะสลายตัวได้ง่ายในธรรมชาติ
แบคทีเรียเหล่านี้ทำงานกันเป็นกลุ่ม โดยกลุ่มแรกจะย่อยสลายกลีเซอรอลให้เป็นกรดและก๊าซไฮโดรเจน เพื่อเป็นอาหารให้กับแบคทีเรียกลุ่มที่สองที่อาศัยอยู่ในที่ไร้ออกซิเจน กระบวนการนี้ยังดึงเอาเหล็กและซัลเฟตในน้ำออกไปพร้อม ๆ กับการเปลี่ยนโครงสร้างทางเคมีของยูเรเนียมให้กลายเป็นของแข็ง
สถานะยูเรเนียม(V) ที่เกิดขึ้นใหม่นี้ จะรวมตัวกับเหล็กและออกซิเจนจนกลายเป็นสารประกอบที่เรียกว่า “FeU(V)O4” สารประกอบนี้มีความเสถียรอย่างมาก โดยมีแบคทีเรียทำหน้าที่เป็นตัวกลางในการสร้างสภาวะที่เหมาะสมให้เกิดพันธะทางเคมีที่แข็งแกร่งนี้ ซึ่งการศึกษานี้เป็นครั้งแรกที่ค้นพบว่าจุลินทรีย์สามารถสร้างมันขึ้นมาได้
ความเสถียรของสารประกอบนี้ ได้รับการยืนยันจากข้อมูลย้อนหลัง โดย ดร.เอเวลิน คราฟซิก-แบร์ช ระบุว่า มีการพบสารประกอบเดียวกันนี้ในดินที่ปนเปื้อนในประเทศโครเอเชีย และมันยังคงความเสถียรแม้สัมผัสอากาศนานกว่า 25 ปี นอกจากนี้ ในการทดลองของทีมวิจัยเองก็พบว่า ปริมาณของ FeU(V)O4 กลับเพิ่มขึ้นแทนที่จะสลายตัว เมื่อนำตัวอย่างที่มีสารนี้ไปสัมผัสอากาศ
ดร.คราฟซิก-แบร์ช ให้ความเห็นเพิ่มเติมว่า “การศึกษาของเราเผยให้เห็นเป็นครั้งแรกว่า แบคทีเรียที่ได้รับกลีเซอรอลสามารถเปลี่ยนยูเรเนียมพิษให้เป็นสารประกอบเคมีที่เสถียรได้ แต่เรายังต้องตรวจสอบต่อไปว่าแบคทีเรียจะช่วยบำบัดในระดับการใช้งานจริงได้ดีเพียงใด”
แม้การวิจัยจะทำในพื้นที่เฉพาะ แต่แบคทีเรียประเภทนี้สามารถพบได้ในแหล่งน้ำที่ปนเปื้อนทั่วโลก ตั้งแต่สหรัฐไปจนถึงออสเตรเลีย สิ่งนี้ทำให้เทคโนโลยี การบำบัดด้วยวิธีทางชีวภาพ (Bioremediation) มีศักยภาพที่จะกลายเป็นเครื่องมือสำคัญในการทำความสะอาดมรดกพิษจากยุคอุตสาหกรรม ด้วยราคาที่เข้าถึงได้
ขณะเดียวกัน การค้นพบนี้ยังช่วยลดปริมาณกากตะกอนทุติยภูมิ (Secondary sludge) ที่มักเกิดขึ้นจากกระบวนการเคมีแบบเดิม ซึ่งเป็นข้อพิสูจน์ว่าธรรมชาติมีกลไกในการเยียวยาตัวเอง หากเราสามารถเข้าใจและสนับสนุนปัจจัยที่เหมาะสมให้แก่ชีวิตเล็ก ๆ เหล่านี้ได้
ที่มา: Earth, Phys, Science Alert, Scitech Daily, Times of India
