Bactérias imobilizadoras de urânio em rocha argilosa:explorando como os microrganismos podem influenciar o comportamento dos resíduos radioativos
Uma célula Desulfosporosinus com urânio imobilizado na superfície. Crédito:B. Schröder/HZDR Ao projetar repositórios para resíduos radioativos de alto nível em camadas geológicas profundas, vários fatores devem ser cuidadosamente considerados para garantir a sua segurança a longo prazo. Entre outras coisas, as comunidades naturais de microrganismos podem influenciar o comportamento dos resíduos, especialmente quando entram em contacto com a água. Os microrganismos interagem com os radionuclídeos liberados e influenciam sua mobilidade.
Pesquisadores do Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) examinaram mais de perto um microrganismo que ocorre nas proximidades de um repositório potencial. Suas descobertas foram publicadas na revista Science of The Total Environment .
Na Alemanha, as rochas adequadas para o armazenamento permanentemente seguro de resíduos altamente radioativos num repositório – as chamadas rochas hospedeiras – são certas formações rochosas argilosas, além do sal-gema e da rocha cristalina. É preferível um sistema multibarreiras, consistindo no contentor de resíduos como barreira técnica, no material de aterro como barreira geotécnica e na rocha hospedeira como barreira geológica. Este sistema tem como objetivo isolar os resíduos radioativos do meio ambiente.
“A combinação de formações argilosas com o material de aterro bentonita, que consiste em vários minerais argilosos, é um exemplo de tal sistema. Sabemos que os chamados microrganismos redutores de sulfato ocorrem tanto na rocha hospedeira quanto no material de aterro. Em nosso trabalho, investigamos mais detalhadamente um representante do gênero Desulfosporosinus. Estávamos particularmente interessados em sua influência no urânio presente no sistema bentonita-argila", explica o Dr. Stephan Hilpmann do HZDR Institute of Resource Ecology.
O urânio pode ocorrer em uma variedade de compostos e assumir diferentes estados de oxidação. Em depósitos naturais, o urânio é encontrado principalmente nas formas tetravalente e hexavalente. Em condições normais, os compostos de urânio tetravalente – em contraste com os compostos hexavalentes – são quase insolúveis em água. Os compostos de urânio são tóxicos, sendo que a toxicidade depende principalmente da sua solubilidade. Este comportamento distinto dos compostos com diferentes estados de oxidação é de grande importância para a compreensão dos processos no repositório.
Defesa microbiana remove urânio da água
O Desulfosporosinus vive em condições anaeróbicas:só cresce na ausência de ar. Isso permitiu aos pesquisadores estudar o microrganismo em condições realistas, como as encontradas em camadas profundas de rocha. Para isso, colocaram as culturas bacterianas em contato com soluções de sal de urânio em águas porosas naturais da rocha argilosa, cobertas por uma atmosfera de nitrogênio que as protege do oxigênio atmosférico.
Eles observaram que as bactérias convertem o urânio hexavalente, facilmente solúvel em água, em urânio tetravalente pouco solúvel. As bactérias podem depositar esse urânio pouco solúvel em vesículas de membrana na superfície celular na forma de incrustações.
A equipe assume que esta é uma reação defensiva dos microrganismos – um comportamento que já foi observado em outros tipos de bactérias.
“Depois de uma semana, as bactérias converteram cerca de 40% do urânio originalmente dissolvido na variante pouco solúvel”, relata Hilpmann.
A equipe também observou uma nova etapa de oxidação com o urânio pentavalente, sobre cuja formação neste processo não se sabia muito anteriormente. Isto se deve principalmente à sua instabilidade típica. Os pesquisadores suspeitam que só foram capazes de detectar o urânio pentavalente porque as bactérias o estabilizaram até certo ponto em solução. Eles foram capazes de detectar esse estado de oxidação mesmo depois de uma semana.
Visão multiespectral do subsolo contaminado
Para observar os vários compostos de urânio, a equipe utilizou uma variedade de métodos modernos de espectroscopia e microscopia. Os pesquisadores do HZDR têm acesso a técnicas altamente especializadas no Instituto de Pesquisa de Física e Materiais de Feixes de Íons e na Linha de Luz Rossendorf (ROBL), que o HZDR opera no Centro Europeu de Radiação Síncrotron (ESRF) em Grenoble. Na unidade francesa, por exemplo, eles podem investigar processos radioquímicos espectroscopicamente. Aqui eles também observaram a formação de urânio pentavalente no processo usando um método chamado HERFD-XANES.
HERFD-XANES significa detecção de fluorescência com resolução de alta energia, que é acoplada à espectroscopia de absorção de borda próxima de raios X. Este é um método espectroscópico de absorção de raios X que pode ser usado para estudar o comportamento dos elétrons. A equipe foi capaz de visualizar os agregados contendo urânio na superfície celular de Desulfosporosinus usando microscopia eletrônica de transmissão de varredura acoplada à espectroscopia de raios X de energia dispersiva.
“Nossas descobertas aprofundam nossa compreensão dos processos complexos em um potencial repositório final. Elas também podem ser relevantes para a remoção de poluentes radioativos de águas contaminadas e, portanto, para sua remediação”, diz Hilpmann.
