O nouă analiză a cercetătorilor de la Massachusetts Institute of Technology (MIT) a descoperit că drojdia de bere inactivă ar putea fi eficientă ca material ieftin, abundent și simplu pentru îndepărtarea contaminării cu plumb din sursele de apă potabilă.
Studiul arată că această abordare poate fi eficientă și economică, chiar și până la niveluri de contaminare de câteva părți la un miliard, care, chiar dacă sunt scăzute, pot cauza probleme de sănătate umană.
Metoda este atât de eficientă încât echipa a calculat că drojdia reziduală aruncată de la o singură fabrică de bere din Boston ar fi suficientă pentru a trata întreaga cantitate de apă necesară orașului. Un astfel de sistem pe deplin durabil nu numai că ar purifica apa, ci și ar reutiliza ceea ce altfel ar fi un flux de deșeuri care ar trebui eliminat, potrivit cercetătorilor de la MIT.
Plumbul și alte metale grele din apă reprezintă o problemă globală semnificativă, care continuă să se agraveze din cauza deșeurilor electronice și a deversărilor din operațiunile miniere. Numai în SUA, peste 12.000 de mile de căi navigabile sunt afectate de apa acidă de drenaj din mine, contaminată cu metale grele, principala sursă de poluare a apei din această țară. Și, spre deosebire de poluanții organici, care sunt biodegradabili în cele din urmă, metalele grele nu se biodegradează, ci persistă la infinit și se bioacumulează. Ele sunt fie imposibil, fie foarte costisitoar de îndepărtat complet prin metode convenționale, cum ar fi precipitarea chimică sau filtrarea cu membrană.
Plumbul este foarte toxic, chiar și în concentrații mici, afectând în special copiii. Uniunea Europeană și-a redus standardul de plumb permis în apa potabilă de la 10 părți pe miliard la 5 părți pe miliard. În S.U.A., Agenția pentru Protecția Mediului a declarat că niciun nivel în rezervele de apă nu este sigur. Iar nivelurile medii ale corpurilor de apă de suprafață la nivel global sunt de 10 ori mai mari decât erau acum 50 de ani, variind de la 10 părți pe miliard în Europa la sute de părți pe miliard în America de Sud.
„Nu trebuie doar să minimizăm existența plumbului; trebuie să-l eliminăm din apa potabilă”, spune cercetătorul MIT Patritsia Stathatou. „Și adevărul este că procesele de tratare convenționale nu fac acest lucru în mod eficient atunci când concentrațiile inițiale pe care trebuie să le elimine sunt scăzute, la scara părților pe miliard și mai jos. Fie nu reușesc să îndepărteze complet aceste urme, fie în ordine. pentru a face acest lucru, consumă multă energie și produc produse secundare toxice”.
Soluția studiată de echipa MIT nu este una nouă – procesul numit biosorbție, în care materialul biologic inactiv este folosit pentru a îndepărta metalele grele din apă, este cunoscut de câteva decenii. Dar procesul a fost studiat și caracterizat doar la concentrații mult mai mari, la mai mult de o parte pe milion. „Studiul nostru demonstrează că procesul poate funcționa într-adevăr eficient la concentrații mult mai scăzute ale surselor de apă tipice din lumea reală și investighează în detaliu mecanismele implicate în proces”, spune cercetătorul Brown University Christos Athanasiou.
Echipa a studiat utilizarea unui tip de drojdie utilizat pe scară largă în fabricarea berii și în procesele industriale, numită S. cerevisiae, pe apă cu urme de plumb. Ei au demonstrat că un singur gram de celule de drojdie inactive, uscată, poate elimina până la 12 miligrame de plumb în soluții apoase, cu concentrații inițiale de plumb sub 1 parte per milion. Ei au arătat, de asemenea, că procesul este foarte rapid, durând mai puțin de cinci minute pentru a fi finalizat.
Deoarece celulele de drojdie utilizate în proces sunt inactive și uscate, ele nu necesită o îngrijire specială, spre deosebire de alte procese care se bazează pe biomasă vie pentru a îndeplini astfel de funcții care necesită nutrienți și lumina solară pentru a menține materialele active. În plus, drojdia este deja disponibilă din abundență, ca deșeu din fabricarea berii și din diferite alte procese industriale bazate pe fermentație.
Stathatou a estimat că pentru a curăța o sursă de apă pentru un oraș de dimensiunea Bostonului, care folosește aproximativ 200 de milioane de galoane pe zi, ar fi nevoie de aproximativ 20 de tone de drojdie pe zi, sau aproximativ 7.000 de tone pe an. Prin comparație, o singură fabrică de bere, Boston Beer Company, generează 20.000 de tone pe an de surplus de drojdie care nu mai este utilă pentru fermentație.
Cercetătorii au efectuat, de asemenea, o serie de teste pentru a determina că celulele de drojdie sunt responsabile de biosorbție. Athanasiou spune că „explorarea mecanismelor de biosorbție la astfel de concentrații provocatoare este o problemă grea. Am fost primii care au folosit o perspectivă mecanică pentru a dezlega mecanismele de biosorbție și am descoperit că proprietățile mecanice ale celulelor de drojdie se schimbă semnificativ după absorbția plumbului.”
Elaborarea unui sistem practic de procesare a apei și de recuperare a drojdiei, care ar putea fi apoi separată de plumb pentru reutilizare, este următoarea etapă a cercetării echipei, spun ei.
„Pentru a extinde procesul și a pune efectiv în aplicare, trebuie să încorporați aceste celule într-un fel de filtru, iar aceasta este munca în desfășurare în prezent”, spune Stathatou. Ei caută, de asemenea, modalități de recuperare atât a celulelor, cât și a plumbului. „Trebuie să efectuăm experimente suplimentare, dar există opțiunea de a le recupera pe ambele”, spune ea.
Același material poate fi utilizat pentru a îndepărta alte metale grele, cum ar fi cadmiul și cuprul, dar acest lucru va necesita cercetări suplimentare pentru a cuantifica aceste procese, spun cercetătorii.
Citește și: Inovație: Apă potabilă din apă de mare, cu doar o apăsare de buton
