Biomining เทคนิคการ “สกัดแร่” ด้วยจุลชีพ

รู้จักเทคนิคการนำ “จุลชีพ” อย่างแบคทีเรียมาช่วยขุด “แร่” อนาคตของการทำเหมืองในอวกาศ

Biomining คือ เทคนิคการขุดเหมืองโดยใช้สิ่งมีชีวิตจุลชีพอย่างแบคทีเรียเป็นเครื่องมือในการขุดแร่แทนที่จะใช้เครื่องมือหนักหรือแรงงานคนในการขุดเหมือง หลักการโดยเบื้องต้นของ Biomining คือการที่สิ่งมีชีวิตขนาดเล็กเหล่านี้จำเป็นต้องใช้แร่ธาตุต่าง ๆ เช่น เหล็ก ทองแดง สังกะสี และทอง เพื่อการดำรงชีวิต คล้ายกับการที่มนุษย์ต้องมีแร่เหล็กปริมาณเล็กน้อยภายในร่างกายเพื่อการทำงาน เราจึงสามารถใช้ประโยชน์จากกระบวนการการพยายามดึงแร่ธาตุที่จุลชีพเหล่านี้ดึงมาจากสภาพแวดล้อมของมันมาเป็นแร่ดิบ (Bioleaching) ที่เราสามารถนำไปใช้งานต่อได้นั่นเอง

A. ferrooxidans แบคทีเรียที่มีความสามารถในการดึงเหล็กในสภาพแวดล้อมมาใช้งานเพื่อเร่งการเติบโตได้

ความเป็นไปได้ในการทำ Biomining ด้วยจุลชีพถูกค้นพบในปี 1951 เมื่อนักวิทยาศาสตร์ Kenneth Temple พบว่าแบคทีเรีย Acidithiobacillus ferroxidans นั้นจะอยู่รอดก็ต่อเมื่อสภาพแวดล้อมของมันมีเหล็ก ทองแดง และแมกนีเซียม เพียงพอ เขาจึงทดสอบสมมติฐานว่าแบคทีเรียดังกล่าวจำเป็นต้องมีแร่ธาตุเหล่านี้ในการเติบโต ด้วยการนำ A. ferroxidans ไปเพาะในสภาพแวดล้อมที่มีแร่เหล็กสูง เทียบกับสภาพแวดล้อมที่มีแร่เหล็กต่ำ เขาพบว่าแบคทีเรียในสภาพแวดล้อมที่มีแร่ธาตุสูงนั้นเติบโตเร็วกว่าแบคทีเรียที่อยู่ในสภาพแวดล้อมที่มีแร่ธาตุต่ำ

การทดลองของเขายืนยันว่าแบคทีเรียเหล่านี้มีความสามารถในการรับรู้ว่ารอบตัวมันมีแร่ธาตุที่มันต้องการสูง และสามารถนำแร่ธาตุเหล่านั้นมาใช้งานเพื่อการเติบโตที่เร็วขึ้นได้ จึงเป็นที่มาของความพยายามในการทำประโยชน์จากกระบวนการนี้ด้วยการพัฒนาระบบ Biomining

ภาพแสดงการดึงแร่ธาตุจากดินขึ้นมาใช้งานในพืช

นอกจากแบคทีเรียเองแล้ว ยังมีสิ่งมีชีวิตอื่น ๆ อย่างพวกเห็ดรา และแม้แต่พืช ที่สามารถดึงแร่ธาตุต่าง ๆ ที่อยู่ในสถาพแวดล้อมรอบ ๆ มัน มาใช้ในการเติบโตได้ จุลชีพบางชนิดสามารถดึงแร่ธาตุกัมมันตรังสีอย่าง ยูเรเนียม ออกมาได้

ประโยชน์ของการทำ Biomining คือ เกิดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมน้อยกว่าการใช้เครื่องจักร เนื่องจากการดึงแร่ธาตุของจุลชีพนั้นเป็นกระบวนการที่เกิดขึ้นทั่วไปในธรรมชาติอยู่แล้ว เพียงแต่มนุษย์เราแค่สรรหาวิธีในการนำจุลชีพเหล่านี้มาช่วยขุดแร่

P. furiosus จุลชีพที่มีความสามารถในด้านการ Biomining แต่ต้องอยู่อาศัยในอุณหภูมิสูง

อย่างไรก็ตาม การทำ Biomining นั้นแลกมาด้วยขั้นตอนและระบบในการทำงานที่ซับซ้อนกว่า จุลชีพเหล่านี้มีความต้องการสภาพแวดล้อมที่จำเพาะในระดับหนึ่ง ดังนั้นการเพาะจุลชีพเหล่านี้ในห้องปฏิบัติการจึงมีความซับซ้อน เช่น Pyrococcus furiosus จะต้องรักษาอุณหภูมิที่ 100 องศาเซลเซียส ซึ่งเหมาะแก่จุลชีพสำหรับการ Biomining บางชนิดที่ชอบอุณหภูมิสูง นอกจากนี้ผลผลิตที่ได้จาก Biomining ในปัจจุบันยังต่ำกว่าการทำเหมืองทั่วไปอย่างมากเพราะความซับซ้อนของระบบ

การบำบัดสิ่งปฏิกูลทางชีววิทยาด้วยทั้งบำบัด Bioremediation

ปัจจุบัน นอกจากการใช้จุลชีพมาช่วยทำเหมืองแล้ว จุลชีพเหล่านี้ยังถูกนำมาใช้ในการฟื้นฟูทางชีวภาพ (Bioremediation) อีกด้วย ซึ่งเป็นกระบวนการนำจุลชีพมาช่วยลดมลพิษในอากาศ น้ำ หรือดิน เรียกให้เข้าใจได้ง่ายขึ้นก็คือการใช้จุลชีพบำบัดมลพิษนั่นเอง จุลชีพหลายสปีชีส์มีความสามารถในการนำสิ่งปนเปื้อนในสภาพแวดล้อมมาใช้ให้เกิดประโยชน์ได้ เราจึงสามารถนำกระบวนการที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติเหล่านี้มาใช้งานได้

Bioreactor สำหรับการทำ Biomining ในอวกาศบนสถานีอวกาศนานาชาติ

นอกจากการใช้งานบนโลกแล้ว Biomining ยังถูกนำไปทดลองบนสถานีอวกาศนานาชาติเพื่อศึกษาความเป็นไปได้ในการนำจุลชีพเหล่านี้ไปช่วยขุดแร่หรือหาทรัพยากรบนดาวอื่นอย่างดวงจันทร์ เทคโนโลยีการดัดแปลงพันธุกรรมสมัยใหม่อาจช่วยให้เราสามารถสร้างจุลชีพที่ทนทานต่อสภาพแวดล้อมในอวกาศในขณะที่สามารถทำงานขุดแร่ให้เราได้อย่างมีประสิทธิภาพในอนาคตได้มากขึ้นอีกด้วย

เรียบเรียงโดย : โชติวัฒน์ จิตต์ประสงค์
พิสูจน์อักษร : ศุภกิจ พัฒนพิฑูรย์
.
🎧 อัปเดตข้อมูลแวดวงวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี รู้ทันโลกไอที และโซเชียลฯ ในรูปแบบ Audio จาก AI เสียงผู้ประกาศของไทยพีบีเอส ได้ที่ Thai PBS

“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech