יום שבת, 13 באוגוסט 1994

כריית מחצבים בעזרת חיידקים - רועי שפירא


בניגוד לרפואה ולחקלאות, הכרייה כמעט ולא השתנתה בבסיסה משחר התרבות האנושית: עפרות שונות נחפרות מן האדמה, מרוסקות, והמחצב המבוקש מחולץ מהן על-ידי עינויין בחום יוקד או ברעלים חריפים. אולם, יתכן ונהיה עדים, עוד בתקופתנו, להיעלמו של אחד הדימויים הקמאיים ביותר המלווים את מלאכת הכרייה מאז ימי קדם: חום, לכלוך ושאגתם של כבשנים לוהטים שסביבם עמלים המוני אדם מיוזעים. בשנים האחרונות פנתה תעשיית הכרייה לשיטה עדינה יותר, "ידידותית לסביבה" יותר, והחשוב מכל - יעילה יותר, כדי לאלץ את אמא אדמה לוותר על אוצרותיה: ביו-כרייה.

לפני כ-2000 שנה פעל בריו-טינטו (Rio-Tinto) שבספרד מכרה נחושת רומאי. הרומאים הבחינו בצבעם הכחול של המים הניגרים מערימות העפרה שנערמו סביב המכרה, וגילו כי על ידי אידוים של המים מתקבלים מלחי נחושת. רק בשנות החמישים של המאה העשרים התברר, כי הנחושת חולצה מן העפרה אל המים בגלל פעולתו של החיידק Acidithiobacillus (Thiobacillus) ferrooxidans.

 Acidithiobacillus  ferrooxidans.
המקור - Riken center, Japan

חיידק זה, המצוי באופן טבעי בעפרות המכילות תרכובות גופרית, מקבל את האנרגיה הדרושה לקיומו באמצעות חימצון חומרים אי-אורגנים, כמו תרכובות של נחושת וגופרית. כתוצאה ממטבוליזם זה נוצרת חומצה המכילה יוני ברזל, אשר שוטפת את הנחושת מן העפרה. הפטנט הראשון לחילוץ נחושת מעפרה בעזרת החיידק הוענק בשנת 1958 לחברה אמריקנית, והתהליך אומץ חיש מהר על ידי תעשיית הנחושת העולמית.

הגילוי בא בעיתו, שכן רוב מרבצי הנחושת האיכותיים בעולם נדלדלו זה מכבר. אפשר אומנם להפיק נחושת מהעפרות הנותרות, שאיכותן ירודה, על ידי התכתן בחום גדול. אולם, זהו תהליך "מלוכלך", מורכב, ויקר - עלות בנייתו של מתקן התכה מודרני מתקרבת למיליארד דולר! למעשה, שורר מחסור עולמי במתקני התכה, שכן הקיימים "סתומים" בכמויות ענק של עפרות ירודות. לעומת זאת, הטכנולוגיה של ביו-כרייה פשוטה, זולה, וידידותית לסביבה.

בשיטת הביו-כרייה נערמת העפרה בסמוך למכרה. כדי לעודד את רבייתו של החיידק, מושקית העפרה תדיר בחומצה גופרתית. החיידקים עושים את פעולתם, והנחושת מופקת מן התמיסה הזולגת מן המערומת. את החומצה הגופריתית ניתן לחלץ מן התמיסה ולעשות בה שימוש חוזר. רבע מתפוקת הנחושת העולמית השנתית, בשווי של מיליארד דולר, מופקת בשיטה זו.

"שימוש זה", אומר דייויד הולמס (Holmes) מאוניברסיטת קלארקסון שבמדינת ניו יורק, "הוא אולי השימוש התעשייתי החשוב ביותר של ביו-טכנולוגיה בעולם בימינו". אך לחיידק "זולל המתכות" שימושים נוספים, חשובים אף יותר.

בתחילת שנות השמונים של המאה הנוכחית דלדל המין האנושי כמעט את כל מרבצי הזהב באיכות גבוהה הסמוכים לפני כדור הארץ. נותר כמובן זהב רב, אך הוא טמון במרבצים עמוקים יותר, ורובו מצוי בתרכובות גופרתיות.

הפקת זהב היא תהליך יקר, מסובך, ומזיק לסביבה מאין כמותו - קרוב לוודאי כי קשה היה להמציא תהליך הפקה מזיק ומסוכן יותר לאורגניזמים חיים. ראשית, יש להיפטר מן הגופרית על ידי שריפת העפרה או "בישולה" בלחץ גבוה בסביבה עשירה בחמצן. מאחר שריכוז הזהב בעפרה נמוך מאוד, יש לעבד כמויות עפרה גדולות; לפיכך, צריכת האנרגיה גבוהה מאוד. התוצאה המיידית של שריפת דלקים מחצביים היא שחרור גזי-חממה לאטמוספרה וזיהום האוויר בתרכובות גופרית - הגורם העיקרי לגשם חומצי. (ראו גליליאו, גיליון 2 , עמ' 3).

לאחר שלב מקדים זה יש להפיק את הזהב עצמו מהעפרה. לשם כך שוטפים אותה בציאניד או בכספית - שני רעלים חזקים והרסניים ביותר. הכספית והציאניד מוצאים את דרכם לקרקע ולמקווי מים, דרך משקעים או במעבר ישיר ומשם לגופם של בעלי-חיים וצמחים. יש הזוקפים את רוב הזיהום העולמי בכספית לחובת תהליכי הפקת כסף וזהב, בעיקר מאז הכיבוש הספרדי את דרום אמריקה.

ביו-כרייה מאפשרת לוותר על שלב "הבישול המוקדם". גם כאן גיבור המעשה הוא זן של A. ferrooxidans. יתרה מזאת, כאשר פתחה חברת גנקור (Gencor) את המפעל הראשון לביו-כרייה בדרום אפריקה בשנת 1986, התברר עד מהרה, כי הנצולת של התהליך החדש מגיעה ל95%-, לעומת 70% ניצולת בשיטה הקלאסית. כיום מוקמים מפעלים דומים באוסטרליה, בברזיל ובגאנה. למעשה, התהליך כה יעיל שאפשר להפיק באמצעותו זהב ממחצבים שאיכותם נחשבה ירודה מדי עד לפני שנים ספורות.

מחצבים כגון נחושת, זהב ואורניום (שאף אותו אפשר להפיק באמצעות ביו-כרייה), הם בעלי ערך סגולי גבוה. מחצבים אחרים, כגון תרכובות זרחניות, חומר הגלם העיקרי לדשנים, אינם כאלה. בישראל, אחת היצרניות הגדולות בתבל, מפיקים בשיטות הקלאסיות, יותר משישה מיליון טונות פוספטים בשנה מהמכרות אשר באתרים צין, אורן ורותם. השיטות הקיימות להפקת פוספטים, כרוכות בזיהום סביבתי רב. לאחרונה, לאחר בדיקת מאות מינים וזנים, נתגלו שני חיידקים: Pseudomonas cepacia E37 ו-Erwinia herbicola, המסוגלים לשחרר את הפוספט מן המחצב הגולמי. ואכן, בקרוב יוחל בארצות הברית בהקמת מפעל נסיוני לביו-כרייה של פוספטים.

ההתלהבות רבה, אך ביו-כרייה היא טכנולוגיה שטרם הבשילה. לדברי הולמס, "דומה הדבר למצב שבו היינו משתמשים בפניצילין טבעי, או בחיטת בר". האתגר כעת הוא לשפר את "ביצועי" החיידקים הטבעיים באמצעות הנדסה גנטית.

זו אינה משימה קלה. פעולתם של החיידקים יוצרת חום כה רב, עד שיש בו כדי להאט את פעולתם ואף להורגם. פול נוריס (Norris) מאוניברסיטת וורוויק שבאנגליה מנסה, בשיתוף פעולה עם חברת הכרייה האוסטרלית (CRA), לפתח זנים עמידים לחום. ברצונו לבודד זנים היפרתרמופיליים, המשגשגים בטמפרטורות שמעל מאה מעלות צלזיוס (ראו "חיים ברתיחה", בגיליון זה), ולהעניק להם את היכולות הדרושות. נוסף על כך, יש מי שמנסים להקנות לחיידקים עמידות בפני מתכות כבדות כגון קדמיום וכספית, שנוכחותן בעפרה מרעילה את החיידקים.

יחסית ל"חיידק העבודה" של הגנטיקאים, Escherichia coli, מעט מאוד ידוע על הגנטיקה של אורגניזמים אלו. לכן, לדברי ברוס קלי מ-CRA, "יעברו לפחות חמש שנים עד למהפכה הבאה בביו-כרייה". אך זהו פרק זמן קצר יחסית לזה שחלף מימי הרומאים חדי האבחנה בריו-טינטו ועד לשנות החמישים של המאה העשרים.

פורסם ב"גליליאו" גיליון 5, יולי/אוגוסט 1994.

אין תגובות:

פרסום תגובה