Биологический процесс, превращающий оксид железа в атомарное железо

Моя человеческая колония на Марсе использует гениально модифицированные археи/бактерии для превращения пыли, собранной с поверхности планеты, в строительный материал и пригодный для дыхания кислород. Технические особенности метода обработки не имеют значения, колонист засыпает пыль в машину, и машина выдает железный шлам для дальнейшей очистки кислородом в качестве побочного продукта.

Мой вопрос: насколько это наука, а насколько вымысел? Насколько далеко мы продвинулись в аспекте биоинженерии, чтобы иметь возможность создавать такие организмы (насколько мне известно, в природе таких архей/бактерий не существует). Насколько эффективным может быть этот процесс в пересчете на кг сырья, перерабатываемого в час/день? Какова будет биология такого организма: следует ли его кормить объедками, выставлять на солнце, сможет ли он поддерживать себя за счет переработки оксида железа?

Редактировать:

Теперь я вижу фундаментальную проблему с моей идеей - если организмы не превратят железо в структуру, пригодную для немедленного использования, колонистам все равно нужно будет плавить шлам при той же температуре, что и сырая руда, поэтому весь процесс ничего не способствовал рафинированию. . Что хорошо, возможно, бактерии покрывают себя железной оболочкой, как предлагает @L.Dutch, и заполняют подготовленную форму пористыми железными плитами, готовыми к строительству, после обработки их гидравлическим прессом.

Но если предположить, что колонисты действительно захотят расплавить (или, скорее, испечь) полученное вещество, существует ли химическое соединение, которое:

  1. растворим в воде (я предполагаю, что организм не выжил бы без воды),
  2. содержит железо,
  3. можно синтезировать из оксида железа и
  4. превращается в железо при температуре значительно ниже, чем требуется для выплавки железной руды или в каком-либо другом низкоэнергетическом процессе
Люди и все животные с красной кровью, а также многие (возможно, большинство) бактерии обычно получают железо из оксида железа (III) и железа (II). Единственная проблема с выводом элементарного железа; его нельзя вывести атом за атомом, потому что железо слишком реакционноспособно, и изолированный атом железа очень быстро найдет, с чем соединиться. Его надо как-то собрать в кристаллы железа, а те надо собрать в довольно крупные куски, потому что железо в мельчайших кусочках самовоспламеняется на воздухе.
Если железо может быть извлечено из ржавой воды биологическим путем, вам может быть лучше с насекомыми или чем-то еще, которые строят свои твердые панцири из железа из-за большого количества железа, присутствующего в их воде, а затем бросают свои панцири в печь, как только они неизбежно умирают. Или запустить что-то вроде насыщения Земли кислородом с помощью кораллов, которые связывают железо в свои структуры и вытесняют отработанный кислород.
Честно говоря, любое использование биологии для чего-то такого простого, как восстановление железа, кажется гораздо более сложным, чем оно того стоит, и, вероятно, в конечном итоге приведет к более высоким затратам энергии. Для низкоэнергетического процесса извлечения/рафинирования железа обратите внимание на карбонильный процесс, который может быть применен к нечистому железу, восстановленному с помощью обычных средств, или к железо-никелевым метеоритам, которые усеивают поверхность Марса. Тот же процесс можно применить и к никелю, используя разные температуры. Полученные порошки будут намного чище любого микробного осадка, и их можно будет использовать для производства желаемых сплавов.
В частности, указанный шлам будет содержать большое количество воды, удаление которой требует больших затрат энергии и способствует быстрому окислению железа, и, вероятно, значительное количество углерода. Одной из основных переменных, определяющих свойства стали, является содержание углерода, а на Земле удаление избытка углерода предполагает продувку расплавленного металла кислородом. Также вероятно, что получение железа будет включать в себя разрушение таких вещей, как фиксированный азот и улавливание фосфора/и т. д. в железе, потеря ценных питательных веществ из цикла роста.

Ответы (2)

Если вы переходите от оксида железа к элементарному железу в окислительной среде, вы поднимаетесь вверх по лестнице свободной энергии, в то время как спонтанные процессы предпочитают оставаться внизу этой лестницы.

Это означает, что единственный способ достичь этого результата — вложить энергию в процесс. Вот почему при выплавке железа из оксида железа необходимо сжигать уголь: он дает необходимую энергию при сжигании, а также обеспечивает восстановительную среду, в которой может происходить реакция.

Если вы хотите, чтобы это произошло в живом организме, у организма должна быть какая-то причина вкладывать энергию в этот процесс. Фотосинтезирующие организмы делают нечто подобное, потому что они производят богатые энергией вещества (полисахариды), начиная с CO2 и H2O, выделяя при этом кислород.

Железо не образует цепочечных соединений, как углерод, поэтому фотосинтетический путь кажется неверным. Возможно, некоторые бактерии можно спроектировать так, чтобы они производили железную оболочку, которая затем использовалась в качестве щита/поглотителя электромагнитного излучения (на Марсе это могло бы пригодиться).

Раковины могут быть использованы вашим народом в качестве исходного материала для своих процессов, подобно тому, как диатомит используется на Земле.

Существует ли какой-либо биологический процесс, производящий атомарный металл в качестве (побочного) продукта? Возможно, я мог бы использовать это как основу того, что происходит в моем случае, поскольку многие металлы имеют общие химические свойства друг с другом. Это также кажется уместным, поскольку генная инженерия заключается в том, чтобы взять какой-то существующий биологический процесс и пересадить его в другой организм.
@ReverentLapwing: Зависит от того, что вы подразумеваете под биологическим процессом, производящим атомарный металл. Например, люди (и все животные с красной кровью) обладают механизмом извлечения железа из железа (III) и оксида железа (II) для использования в гемоглобине. Но в этом процессе атомы железа всегда с чем-то связаны , потому что изолированные атомы железа слишком химически активны и, если их оставить в покое и не контролировать, мгновенно найдут партнера для соединения. (И помните, что даже металлическое железо достаточно химически реактивно, чтобы самовоспламеняться на воздухе в виде крошечных кусочков. Так работает огнеупорная сталь.)
@ReverentLapwing, наоборот, есть много бактерий, которые превращают атомарное железо в ржавчину для получения энергии.

Очень, очень выполнимо

введите описание изображения здесь

Как показано на этом камне возрастом 1,874 миллиарда лет из Мичигана , было время, когда земные океаны содержали высокую концентрацию растворенного железа. Она вышла из-под контроля, когда странный новый организм вызвал биологическую катастрофу, которая окружила Землю ядовитой пеленой ранее экзотического газа, известного как кислород . Это преобразовало Fe2+ в Fe3+, и Fe3+ вышел из океанов в обширных полосах, которые содержат большую часть добываемого в настоящее время железа на планете.

Fe2+ ​​— карбонат железа — очень вероятное соединение, которое можно производить на Марсе. Все, что вам нужно, это железо, вода и углекислый газ. Вы можете найти обходной путь для воды.

Восстановленное железо также желательно. Один из комментаторов отметил, что это пирофор, и это... на Земле . Большинство людей были бы удивлены, узнав, что планета, покрытая одним из самых сильных газообразных окислителей в природе, может представлять проблему для тонких химических реакций. Даже туземцы склонны непреднамеренно взрывать химические лаборатории, а для форм жизни, которые развились в нежных океанах диэтилового эфира, планета находится в списке запрещенных для путешествий. Тем не менее, пирофорное железо на самом деле производится в атмосфере CO2, и там оно совершенно стабильно.

Когда область Марса залита талой водой, бактерии сделают несколько вещей.

  • им необходимо извлечь весь хлорат/перхлорат из почвы, чтобы избежать окисления. Они должны метаболизировать это до Cl- и O2. Если на месте происшествия находятся роботы, они могут покрыть целевую область чем-то, чтобы уловить кислород для дыхания.
  • после того как концентрация кислорода падает до очень низкого уровня, они начинают метаболизировать Fe3+ на поверхности в ионы Fe2+ (часть FeCO3) в воде.
  • Когда раствор насыщается Fe2+, бактерии катализируют превращение водного железа обратно в твердое вещество. Это может происходить по полной схеме из-за ржавчины, или они могут превращать Fe2+ в твердые частицы Fe, или они могут просто образовывать зародыши осаждения FeCO3. Затем частицы периодически собирают из воды.
Биологический процесс, превращающий оксид железа в атомарное железо
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v