Oto odkrycie, na które czekali entuzjaści podboju Marsa (a także fani książki i filmu „Marsjanin”). Na Czerwonej Planecie będzie można jednak uprawiać rośliny. „Jednak”, bowiem naturalny skład marsjańskiej gleby to uniemożliwia.
Zawiera ona od 0,5 do 1 proc. nadchloranów – soli kwasu nadchlorowego, głównie zawierających wapń i magnez. Jest to stężenie na tyle wysokie, że obniża temperaturę topnienia lodu, dzięki czemu w słoneczne, letnie dni, woda może występować na Marsie w ciekłej formie.
Niestety, tak wysokie stężenie jest też toksyczne dla organizmów żywych. Wyjątkiem jest kilkadziesiąt gatunków bakterii, które czerpią energię z nadchloranów – zamieniają je w chlorki i uwalniają tlen.
Bakterie rozkładają nadchlorany stosując metal
Usuwanie nadchloranów, które w środowisku ziemskim pochodzą głównie z zanieczyszczeń przemysłowych i nawozów sztucznych, jest niezwykle trudne. Najczęściej wymaga skomplikowanych instalacji do elektrodializy lub odwróconej osmozy. Z tego powodu jedną z badanych przez uczonych metod usuwania nadchloranów jest wykorzystanie rozkładających je bakterii.
Okazuje się jednak, że można je usunąć jeszcze prościej i taniej. Chanxu Ren oraz Jinyong Liu z wydziału chemii i inżynierii środowiska naturalnego Uniwersytetu Kalifornijskiego w Riverside zainspirowały właśnie mikroorganizmy. Zauważyli, że do rozkładu nadchloranów bakterie wykorzystują enzymy zawierające molibden.
Wcześniejsze próby wykorzystania tego metalu spełzały jednak na niczym. „Wiele metali jako katalizatory wymaga trudnych do osiągnięcia warunków lub wchodzi w reakcje z wodą” – tłumaczy Liu.
Sposób na oczyszczenie marsjańskiej gleby i produkcję tlenu
Badaczom udało się jednak pokonać te przeciwności, łącząc molibden z substancją o nazwie bipirydyna (która chętnie tworzy kompleksowe związki z metalami) oraz wykorzystując pallad na węglu aktywowanym. Okazało się, że taki katalizator rozkłada nadchlorany w temperaturze pokojowej. „Jest znacznie bardziej aktywny niż jakikolwiek inny opisany dotychczas katalizator i redukuje 99,99 proc. nadchloranów do chlorków niezależnie od ich wyjściowego stężenia” – mówi Ren.
Jeśli kiedyś na Marsie wylądują ludzie, taki sposób przyda się tam w z dwóch powodów. Nadchlorany zawierają cztery atomy tlenu, a w procesie ich rozkładu uwalniają się dwie jego dwuatomowe cząsteczki. Oprócz oczyszczenia marsjańskiej gleby pod ewentualne uprawy, taki katalizator będzie też mógł służyć do produkcji życiodajnego tlenu.
Odkrycie na razie przyda się rzecz jasna przede wszystkim na Ziemi. Uczeni chcą wykorzystać nowy katalizator do oczyszczania wód gruntowych zanieczyszczonych nadchloranami, co do tej pory było kłopotliwe i kosztowne.
Źródła: Journal of the American Chemical Society, University of California – Riverside.