Kaivosten malmeja rouskuttavat koneiden lisäksi mikrobit. Tamperelaiset tutkijat etsivät nyt Australiaa myöten mikrobeja, jotka työskentelisivät hurjasti nykyistä nopeammin.

TEKSTI:Leena Tähtinen

Sisältö jatkuu mainoksen alla

Kaivosten malmeja rouskuttavat koneiden lisäksi mikrobit.
Tamperelaiset tutkijat etsivät nyt Australiaa myöten mikrobeja,
jotka työskentelisivät hurjasti nykyistä nopeammin.

Sisältö jatkuu mainoksen alla

Julkaistu Tiede-lehdessä

5/2002

Jaakko Puhakka koluaa Länsi-Australian kuumia hiilikenttiä sekä japanilaista kaivosta, jossa pulppuavat kuumat lähteet. Etelä-Afrikassa hän laskeutuu kahden ja puolen kilometrin syvyyteen. Hänen tukikohtansa on Australiassa, mutta hän käy usein Suomessakin - ja piipahtaa vaikkapa Singaporessa.

Matkat liittyvät mikrobijahtiin: Puhakka halajaa mikrobeja, jotka viihtyvät jopa 80 asteen kuumuudessa. Hän on Tampereen teknillisen korkeakoulun professori ja kehittää ympäristöä säästävää kaivostekniikkaa.

Miten mikrobit liittyvät kaivostekniikkaan? - Syömällä kiveä ne liuottavat arvometallit malmista, Puhakka vastaa.

Syömällä kiveä?



Rikkipäästöt vältetään

Jatkokysymykseni saa Puhakan aloittamaan alusta. - Perinteisessä kaivoksessa louhittu malmi murskataan ja murske rikastetaan erilaisin fysikaalisin ja kemiallisin prosessein. Lopuksi malmirikaste jatkojalostetaan sulatossa esimerkiksi kuparitangoiksi.

- Mikrobit korvaavat sulaton, sillä ne hapettavat malmirikasteen niin, että arvometallit liukenevat. Myöhemmin metallit kerätään liuoksesta. Tätä menetelmää nimitetään bioliuotukseksi, Puhakka selittää. - Bioprosessi ei tuota kaasumaisia rikkipäästöjä, vaan mikrobit hapettavat malmissa olevan rikin sulfaatiksi. Tämä on suuri etu, sillä rikkipäästöjen torjuntakustannukset rasittavat sulaton taloutta.

Bio- ja ympäristötekniikan laitoksen esimiehen tehtävästä virkavapaalla oleva Puhakka korostaakin laitoksensa nimen ympäristö-sanaa. - Suomessa tiedetään jo paljon likaantumista korjaavasta tekniikasta. Siksi tutkimusryhmäni keskittyy kehittämään korjaavan tekniikan ohella sellaista tuotantotekniikkaa, joka säästää ympäristöä.

Nopeus satakertaiseksi





Kaivosmikrobit ovat bakteereita ja arkkieliöitä

Mikrobeja ovat kaikki eliöt, joiden katsomi-seen tarvitaan mikroskooppi.

Vuonna 1967 mikrobiologi Thomas Brock huomasi, että jotkin hänen tutkimistaan otuksista viihtyvät yli 80 asteessa. Täl-laisia kuumankestäjiä nimitetään hype-rtermofiileiksi. Paineistetuissa olois-sa ne kasvavat jopa yli 100 asteessa. Niiden suuri lämmönsieto perustuu epätaval-lisen lämmönkestäviin entsyymeihin ja solun rakenteisiin.

Kuumassa elää varsinkin bakteerien näköisiä mutta omaan ryhmäänsä kuu-luvia arkkieliöitä.

Jaakko Puhakan tutkimusryhmän etsimät kaivosmikrobit ovat bakteereita tai arkki-eliöitä, jotka käyttävät ravinnokseen epäorgaanisia yhdisteitä ja rakentavat solunsa hiilidioksidista. Ne ovat täysin luonnontilassa, eli niiden geenejä ei ole muunneltu. Ne ovat ihmisille vaarattomia eivätkä aiheuta tauteja. Ne eivät edes voi levitä ympäristöön hallitsemattomasti, sillä ne elävät vain kuumassa ja happa-massa.

Malmin liuotus ei ole uusi keksintö. Esimerkiksi kultaa ja kuparia on jo ammoisista ajoista erotettu malmista tällä tavoin, mutta vasta 1950-luvulla ymmärrettiin, että malmikasoja liuottavat juuri mikrobit.

Nykyään bioliuotus on yleistä. Esimerkiksi useilla Chilen kaivoksilla kuparimalmi kerätään kilometrien pituisiksi kasoiksi, joita kastellaan mikrobipitoisella vedellä. Mikrobit viihtyvät kosteassa ja syövät malmin epäorgaanisia yhdisteitä, kuten rautaa ja

mineraalisulfideja. Kun mikrobit alkavat rouskuttaa kiveä, kupari liukenee.

- Liuottajamikrobit voivat myös haitata ympäristöä, sillä niiden toiminta tuottaa happamia kaivosvesiä, jotka tunkeutuvat pohjavesiin ja kulkeutuvat vesistöihin, Puhakka kertoo. Nykyisin kasat kuitenkin eristetään huolellisesti, joten hapan vesi ei pääse


luontoon.

- Metallien liuotus kasassa kestää yleensä pari vuotta. Me haluamme mikrobit reaktoriin - suljettuun ja hallittuun systeemiin - jossa sama hoituu päivissä, jopa tunneissa.

Mikrobeille paratiisi

- Luonnossa mikrobit kärsivät usein nälkää ja vilua. Reaktorissa niille järjestetään parhaat mahdolliset olot, Puhakka selittää.

  hapettavat malmia innokkaasti, koska ne saavat hapettumisprosessista energiansa. Yhtä innokkaasti ne lisääntyvät. Ihmisen tehtäväksi jää kerätä metalli mikrobien ruokapöydästä. Kuulostaa täydelliseltä symbioosilta.

Prosessissa on kuitenkin yksi hankaluus: - Bioliuotuksen aikana lämpötila nousee. Ennen pitkää bakteerit kuukahtavat. Reaktoria ei kuitenkaan haluttaisi jäähdyttää, sillä se lisäisi tuotantokustannuksia.

Nyt tullaan siis siihen, miksi Puhakan tutkimusryhmä jahtaa mikrobeja niin hikisissä paikoissa.

- Me etsimme kuumaa kestäviä kuparia liuottavia mikrobeja; tosin samat mikrobit hapettavat kuparisulfidien lisäksi muitakin sulfidimineraaleja. Olemme kiinnostuneita kuparikiisusta, koska se on yleisin kuparimineraali ja vaikeasti liukeneva, Puhakka selittää.

Kolme pätsiä seulottiin

Ensimmäiseksi ryhmä seuloi erästä Länsi-Australian kivihiililouhosta. Paikka oli taatusti tarpeeksi kuuma, sillä kivihiilen tiedettiin paikoin jopa palavan. Tätä tapahtuu, kun ilma on kostea ja tuulinen.

Puhakan ryhmä arveli kasojen kuumenemisen syyksi mikrobeja, jotka ovat aktiivisimmillaan noissa oloissa. Ryhmä etsi mikrobeja suurelta alueelta, pakkasi näytteet termospulloon ja kiidätti ne Perthiin kasvatettaviksi.

- Sopeutuvuudestaan huolimatta mikrobit eivät pidä matkustelusta. Erityisesti suuret lämmönmuutokset rasittavat niitä, joten ne on toimitettava laboratorioon nopeasti, Puhakka korostaa.

- Väitöskirjaansa valmisteleva Päivi Kinnunen teki Perthissä puoli vuotta töitä ja onnistui eristämään näytteistä mikrobeja, jotka kestävät 50:tä astetta, Puhakka kertoo. - Laboratoriotyön pitkän keston takia näytteet valitaan huolellisesti. Lupaavia merkkejä esimerkiksi rautaa hapettavista mikrobeista ovat veden punaisuus ja happamuus.

Ryhmä on metsästänyt mikrobeja myös Japanin Hokkaidon saaren kaivoksessa, jossa on kuumia lähteitä ja sulfidimalmeja. - Näytteet ovat lupaavia: yksi viljelmistä kasvaa hyvin 70 asteessa.

  ydin on kuuma. Toistaiseksi kuilusta ei ole löytänyt sopivia mikrobeja, mutta lisää näytteitä on tulossa.

Miksi juuri Australiassa?

Puhakalla on parhaillaan puolentoista vuoden työrupeama Perthissä CSIRO:n (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization) Land and Water -yksikössä.

- Yksikön tutkijoita kiinnostaa ympäristön kunnostus. Heidän projektinsa ja meidän Tampereella käynnistämämme hankkeet tukevat toisiaan, Puhakka selittää.

Kuumista kaivoksista otetut näytteet tutkitaan Australiassa, ja löydetyt mikrobit lähetetään Suomeen, jossa kehitetään liuotusprosessia. Analyysejä tehdään myös Singaporessa, jossa Puhakan oppilas Virpi Salo työskentelee.

Puhakka kehuu oppilaitaan erittäin päteviksi. Kuudessa vuodessa Tampereen teknillisen korkeakoulun bio- ja ympäristötekniikan laitoksesta on valmistunut noin sata insinööriä. Kaikille on löytynyt töitä, ja osa jatkaa tohtoreiksi.

- Yli puolet opiskelijoistamme on naisia. Perinnäinen käsitys insinööriosaamisen miesvaltaisuudesta on muuttunut nopeasti.

Metalli pois jätevedestä

- Tampereen teknillisessä korkeakoulussa tehdään kiinteää yhteistyötä teollisuuden kanssa, mutta myös perustutkimusta arvostetaan, Puhakka korostaa. - Meille ei riitä pelkkä menetelmän kehittäminen, vaan haluamme myös ymmärtää sitä. Siksi selvitämme muun muassa teollisuusprosesseissa toimivien mikrobien vuorovaikutusta ja monimuotoisuutta. Mielestäni palvelemme teollisuutta parhaiten näin.

Mikrobijahtia ovat rahoittaneet Tekes ja Outokumpu Oy, joka osallistuu hankkeeseen ylläpitääkseen tietämystään. Syksyllä Outokumpu päättää, jatkaako se tutkimusprojektia entistä suuremmalla rahoitusosuudella.

- 70 asteessa elävä liuottajamikrobi on joka tapauksessa mieluinen tulos kolme vuotta kestäneelle jahdille, Puhakka muistuttaa.

Puhakalla on käynnissä toinenkin metalleihin liittyvä hanke. Siinä mikrobit pannaan tekemään päinvastainen temppu kuin kaivoksissa: metallipitoiset jätevedet puhdistetaan saostamalla liukoiset metallit meltallisulfideiksi. Tätä sulfaatinpelkistäjäbakteereihin perustuvaa prosessia kehittää Perthissä väitöstyönään Anna Kaksonen.

Lisäksi Puhakan ryhmä on juuri aloittamassa ruotsalaisten ja venäläisten kanssa yhteisprojektia, jossa etsitään bioteknisiä ratkaisuja arktisten kaivosalueiden ympäristöongelmiin. Siinä on taas saostajamikrobeille töitä.

Puhakka valmisteleekin Siperian-matkaa. Sitä ennen hänellä lienee aikaa rentoutua muutaman kerran juuri hankitun Harley Davidsonin selässä.

Leena Tähtinen on tähtitieteen dosentti, vapaa tiedetoimittaja ja Tiede-lehden vakituinen avustaja. Tätä nykyä hän työskentelee Australiassa.

Sisältö jatkuu mainoksen alla