Biologisches Verfahren, das Eisenoxid in Atomeisen umwandelt

Meine menschliche Kolonie auf dem Mars verwendet gentechnisch veränderte Archaea/Bakterien, um Staub, der von der Oberfläche des Planeten gesammelt wird, in Baumaterial und atembaren Sauerstoff umzuwandeln. Technische Einzelheiten des Verarbeitungsverfahrens sind nicht relevant, Kolonisten geben Staub in die Maschine und Maschinen geben Eisenschlamm zur weiteren Veredelung mit Sauerstoff als Nebenprodukt ab.

Meine Frage ist: Wie viel davon ist Wissenschaft und wie viel ist es Fiktion? Wie weit sind wir in Bezug auf Bioengineering, um solche Organismen herstellen zu können (meines Wissens gibt es keine solchen Archaeen/Bakterien in der Natur). Wie effizient könnte dieser Prozess in Bezug auf kg verarbeiteter Rohstoffe pro Stunde/Tag sein? Wie wäre die Biologie eines solchen Organismus: Sollte er mit Abfällen gefüttert, dem Sonnenlicht ausgesetzt werden, könnte er sich durch die Verarbeitung von Eisenoxid selbst ernähren?

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Jetzt sehe ich ein grundlegendes Problem mit meiner Idee - wenn die Organismen das Eisen nicht in eine sofort nutzbare Struktur bringen, müssten die Kolonisten den Schlamm immer noch bei der gleichen Temperatur wie das Roherz schmelzen, sodass der gesamte Prozess nichts zur Raffination beitragen würde . Was in Ordnung ist, vielleicht überzieht sich das Bakterium mit einer Eisenhülle, wie von @L.Dutch vorgeschlagen, und füllt die vorbereitete Form mit porösen, baufertigen Eisenplatten, nachdem es mit einer hydraulischen Presse behandelt wurde.

Aber vorausgesetzt, die Kolonisten würden die resultierende Substanz tatsächlich schmelzen (oder vielmehr backen) wollen, gibt es eine chemische Verbindung, die ist:

  1. wasserlöslich (ich nehme an, der Organismus würde ohne Wasser nicht überleben),
  2. enthält Eisen,
  3. kann aus Eisenoxid synthetisiert werden und
  4. verwandelt sich in Eisen bei einer Temperatur, die deutlich unter der Temperatur liegt, die zum Schmelzen von Eisenerz oder in einem anderen energiearmen Prozess erforderlich ist
Menschen und alle Tiere mit rotem Blut und viele (vielleicht die meisten) Bakterien nehmen ihr Eisen routinemäßig aus Eisen(III)- und Eisen(II)-oxid auf. Das einzige Problem ist die Ausgabe des elementaren Eisens; es kann nicht Atom für Atom ausgegeben werden, weil Eisen viel zu reaktiv ist und ein isoliertes Eisenatom sehr schnell etwas zum Verbinden findet. Es muss irgendwie zu Eisenkristallen zusammengesetzt werden, und diese müssen zu ziemlich großen Stücken zusammengesetzt werden, da sich Eisen in winzigen Stücken an der Luft selbst entzündet.
Wenn das Eisen biologisch aus Rostwasser extrahiert werden kann, sind Sie vielleicht besser dran mit Insekten oder etwas, das ihre harten Schalen aus Eisen aus der hohen Menge an Eisen in ihrem Wasser baut und dann ihre Schalen in einen Ofen wirft, sobald sie unweigerlich sterben. Oder starten Sie so etwas wie die Sauerstoffanreicherung der Erde über Korallen, die das Eisen in ihre Strukturen binden und den überschüssigen Sauerstoff ausstoßen.
Ehrlich gesagt scheint es wahrscheinlich viel komplizierter zu sein, die Biologie in irgendeiner Weise für etwas so Einfaches wie die Reduzierung von Eisen einzubeziehen, als es wert ist, und wahrscheinlich am Ende mit höheren Energiekosten verbunden. Betrachten Sie für einen energiearmen Eisenextraktions-/Raffinierungsprozess den Carbonylprozess, der auf unreines Eisen angewendet werden kann, das mit herkömmlichen Mitteln reduziert wurde, oder auf die Eisen-Nickel-Meteoriten, die die Marsoberfläche verunreinigen. Das gleiche Verfahren kann auch auf Nickel mit anderen Temperaturen angewendet werden. Die resultierenden Pulver wären viel reiner als jeder Mikrobenschlamm und könnten dann zur Herstellung der gewünschten Legierungen verwendet werden.
Insbesondere wird dieser Schlamm große Mengen an Wasser enthalten, dessen Entfernung energieintensiv ist und die schnelle Oxidation von Eisen unterstützt, und wahrscheinlich beträchtliche Mengen an Kohlenstoff. Eine der Hauptvariablen, die die Eigenschaften von Stahl bestimmen, ist der Kohlenstoffgehalt, und auf der Erde muss zum Entfernen von überschüssigem Kohlenstoff Sauerstoff durch das geschmolzene Metall geblasen werden. Es ist auch wahrscheinlich, dass das Erhalten des Eisens die Zerstörung von Dingen wie gebundenem Stickstoff und das Einschließen von Phosphor usw. im Eisen beinhalten würde, wodurch wertvolle Nährstoffe aus dem Wachstumszyklus verloren gehen.

Antworten (2)

Wenn Sie in einer oxidativen Umgebung von Eisenoxid zu elementarem Eisen wechseln, steigen Sie auf der Leiter der freien Energie auf, während spontane Prozesse es vorziehen, auf dieser Leiter niedrig zu bleiben.

Dies bedeutet, dass der einzige Weg, dieses Ergebnis zu erreichen, darin besteht, Energie in den Prozess zu stecken. Aus diesem Grund muss beim Schmelzen von Eisen aus Eisenoxid Kohle verbrannt werden: Sie liefert die benötigte Energie durch Verbrennen und bietet auch eine reduzierende Umgebung, in der die Reaktion stattfinden kann.

Wenn Sie möchten, dass dies in einem lebenden Organismus geschieht, muss es einen Grund für den Organismus geben, Energie in den Prozess zu stecken. Photosynthetische Organismen machen etwas Ähnliches, weil sie ausgehend von CO2 und H2O energiereiche Substanzen (Polysaccharide) produzieren, während sie Sauerstoff freisetzen.

Eisen bildet keine Kettenverbindungen wie Kohlenstoff, daher scheint der photosynthetische Weg abwegig zu sein. Vielleicht können einige Bakterien so konstruiert werden, dass sie eine Eisenhülle produzieren, die dann als Abschirmung / Absorber für EM-Strahlung verwendet wird (auf dem Mars könnte es praktisch sein).

Die Schalen könnten von Ihren Leuten als Ausgangsmaterial für ihre Prozesse verwendet werden, ähnlich wie Kieselgur auf der Erde verwendet wird

Gibt es einen biologischen Prozess, der atomares Metall als (Neben-)Produkt produziert? Vielleicht könnte ich das als Grundlage für das verwenden, was in meinem Fall passiert, da viele Metalle chemische Eigenschaften miteinander teilen. Es fühlt sich auch angemessen an, da es bei der Gentechnik darum geht, einen bestehenden biologischen Prozess zu nehmen und ihn auf einen anderen Organismus zu übertragen.
@ReverentLapwing: Hängt davon ab, was Sie unter einem biologischen Prozess verstehen, der atomares Metall produziert. Zum Beispiel haben Menschen (und alle Tiere mit roten Blutkörperchen) einen Mechanismus, um Eisen aus Eisen(III)- und Eisen(II)-Oxid aufzunehmen, um es in ihrem Hämoglobin zu verwenden. Aber in diesem Prozess sind die Eisenatome immer an etwas gebunden , weil isolierte Eisenatome chemisch zu reaktiv sind und, wenn sie alleine und unkontrolliert gelassen werden, sofort einen Partner finden, mit dem sie sich verbinden können. (Und denken Sie daran, dass sogar metallisches Eisen chemisch reaktiv genug ist, um sich in winzigen Stücken an der Luft selbst zu entzünden. So funktioniert ein Feuerstahl.)
@ReverentLapwing ganz im Gegenteil, es gibt viele Bakterien, die Atomeisen zur Energiegewinnung in Rost verwandeln.

Sehr, sehr machbar

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Wie dieser 1,874 Milliarden Jahre alte Felsen aus Michigan zeigt , gab es eine Zeit, in der die Ozeane der Erde eine hohe Konzentration an gelöstem Eisen enthielten. Es kam aus der Lösung, als ein seltsamer neuer Organismus eine biologische Katastrophe auslöste – eine, die die Erde in einen giftigen Schleier aus einem ehemals exotischen Gas namens Sauerstoff hüllte . Dadurch wurde Fe2+ in Fe3+ umgewandelt, und das Fe3+ kam in riesigen Bändern aus den Ozeanen, die den größten Teil des derzeit abbaubaren Eisens auf dem Planeten enthalten.

Fe2+ ​​– Eisenkarbonat – ist eine sehr plausible Verbindung, die auf dem Mars produziert werden könnte. Alles, was Sie brauchen, ist Eisen, Wasser und Kohlendioxid. Vielleicht finden Sie eine Problemumgehung für das Wasser.

Reduziertes Eisen ist ebenfalls wünschenswert. Ein Kommentator bemerkte, dass es pyrophor ist, und es ist ... auf der Erde . Die meisten Menschen wären überrascht zu hören, dass ein Planet, der mit einem der stärksten gasförmigen Oxidationsmittel der Natur bedeckt ist, ein Problem für empfindliche chemische Reaktionen darstellen könnte. Sogar die Eingeborenen neigen dazu, versehentlich Chemielabore zur Explosion zu bringen, und für Lebensformen, die sich in sanften Ozeanen aus Diethylether entwickelt haben, steht der Planet auf der Do Not Travel-Liste. Trotzdem wird pyrophores Eisen tatsächlich unter einer CO2-Atmosphäre hergestellt und ist dort vollkommen stabil.

Wenn eine Region des Mars mit Schmelzwasser übergossen wird, werden die Bakterien mehrere Dinge tun.

  • Sie müssen das gesamte Chlorat/Perchlorat aus dem Boden extrahieren, um Oxidation zu vermeiden. Sie sollten dies zu Cl- und O2 metabolisieren. Wenn Roboter vor Ort sind, können sie den Zielbereich mit etwas abdecken, um das O2 für Atemgas einzufangen.
  • Nachdem die Sauerstoffkonzentration auf einen sehr niedrigen Wert gesunken ist, beginnen sie, das Fe3+ an Oberflächen in Fe2+-Ionen (Teil von FeCO3) im Wasser umzuwandeln.
  • Wenn die Lösung mit Fe2+ gesättigt ist, katalysieren die Bakterien die Umwandlung des wässrigen Eisens zurück in einen Feststoff. Dies kann durch Rosten geschlossen werden, oder sie könnten Fe2+ in feste Fe-Partikel umwandeln, oder sie könnten einfach die Ausfällung von FeCO3 hervorrufen. Die Partikel werden dann periodisch aus dem Wasser gesammelt.
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