Uranium is rommelig.
Als het in de rots opgesloten blijft, zit het daar rustig. Maar mijnactiviteit of veranderende chemie kunnen het oplosbaar maken. Eenmaal opgelost, drijft het. In grondwater. Weg van de bron. Verspreidt gif dat je niet kunt zien.
Die mobiliteit is de echte hoofdpijn.
Nieuw onderzoek van het Helmholtz-Zentrum voor Dresden-Rossendorf (HZBR), Wismut GmbH en de Universiteit van Granada suggereert een vreemde oplossing: bacteriën. Concreet het soort dat al rondhangt in ondergelopen uraniummijnen. Ze eten niet alleen uranium. Ze zetten het om in een hardnekkige, stabiele verbinding die niet wil bewegen.
De voedselketentruc
De truc omvat glycerol.
Glycerol ken je misschien van cosmetica of biobrandstoffen. In deze context is het brandstof voor microben. Glycerol ontstaat op natuurlijke wijze wanneer schimmels hout afbreken of door de vetstofwisseling bij dieren. De onderzoekers voerden deze stof aan bacteriemonsters uit de mijn van Wismut GmbH in het Duitse Ertsgebergte.
Waarom glycerol?
“Bacteriën kunnen uranium opgelost in water gebruiken voor de stofwisseling als ze glycerol hebben”, legt dr. Evelyn Krawczyk-Barzs van de Terrestrial Microbiology-groep van HZBR uit. “Ons eerdere werk liet al zien dat ze het giftige metaal metabolisch konden gebruiken.”
Het team wilde twee dingen zien. Ten eerste, hoeveel uranium uit het water verdwijnt. Ten tweede: welke vorm neemt het aan als het er niet meer is?
Ze raadden het niet. Ze repliceerden de mijnomgeving in het laboratorium. Diep onder de grond – ongeveer tweeduizend meter diep – is zuurstof schaars. Het team haalde zuurstof uit de monsters en voegde de glycerol toe.
Laat de natuur zijn gang gaan.
Een zeldzame oxidatietoestand
Na 130 dagen waren de resultaten grimmig.
Slechts 5 procent van het uranium bleef in oplossing. De rest?
“Je vermoedt dat het de celwanden is binnengedrongen”, zegt hoofdauteur dr. Antonio M. Newman Portela. “Er werd een accumulatie verwacht.”
De standaardtheorie zegt dat bacteriën zware metalen oppotten. Dat deel kenden we. Maar de standaardtheorie zegt ook dat uranium in valentie 4 of 6 voorkomt.
Valentie 5?
Zeldzaam. Meestal van voorbijgaande aard. Onstabiel. Alsof je een munt op de rand probeert te balanceren.
Het team vertrouwde niet alleen op chemische tests. Ze gingen naar het Europese Synchrotron in Frankrijk. Met behulp van de Rossendorf Beamline bij de ESRF onderzochten ze de atomaire structuur van de bacteriële biomassa.
Het resultaat overtrof de verwachtingen.
“Tot nu toe werd vijfwaardig uranium gezien in onstabiele oxidatietoestanden”, merkt Newman-Portela op. “Dus het vinden van een hoog aandeel U(V) in onze monsters was buitengewoon verrassend.”
Het was er niet alleen. Het was dominant.
IJzer, zuurstof en geduld
Het vijfwaardige uranium bestond niet alleen.
Het bond zich met ijzer en zuurstof, waardoor FeU(V)O4 ontstond. Een nieuw kind in de buurt. Letterlijk. Deze specifieke verbinding heeft geen algemene naam omdat het zo nieuw is voor de wetenschap. Het verscheen voor het eerst in gegevens uit 2020. Onderzoekers hadden de Kroatische bodem geanalyseerd die verontreinigd was met uraniummunitie. Ze merkten iets vreemds op: het uranium bewoog niet. Zelfs niet bij blootstelling aan de lucht.
Het bleef 25 jaar stabiel.
Maar hoe is het dan ontstaan? Niemand wist het.
Nu hebben ze een idee.
Bacteriën kunnen de ontbrekende schakel zijn bij het creëren van deze ultrastabiele uraniumput.
Hier is de kicker.
Toen de onderzoekers gedroogde bacteriële biomassa aan zuurstof blootstelden, nam de hoeveelheid FeU(V)O4 zelfs toe. Zuurstof lost deze verbindingen gewoonlijk op of verandert deze. Hier? Het leek te helpen de boel op slot te doen. Of in ieder geval in stand houden.
Betekent dit dat we bacteriën en glycerol naar giftige plekken kunnen pompen?
Nog niet.
De laboratoriumomstandigheden zijn schoon. Mijnen zijn vies. De echte wereld introduceert variabelen waar je geen controle over hebt. Temperatuur. Stroomsnelheden. Andere concurrerende microben. De compound gaat tientallen jaren mee op Kroatische bodem. Maar zal het standhouden onder constante hydrologische druk?
Krawczyk Barzs waarschuwt ervoor niet voorop te lopen.
“We moeten onderzoeken of dit helpt bij het herstel”, zegt ze.
Het is geen geneesmiddel. Het is een mechanisme.
We hebben eindelijk een kaart waarop te zien is hoe een deel van het uranium in de natuur vast komt te zitten. Bacteriën eten de glycerol, verwerken het uranium en bouwen er met ijzer een moleculaire kooi omheen.
Misschien blijft die kooi gesloten.
Misschien gaat het over vijf jaar open.
Dat is wat de volgende onderzoeken ons zullen vertellen. Voorlopig blijft het mijnwater rustig. En het uranium blijft zitten. 🦠
