Proceso biológico que convierte el óxido de hierro en hierro atómico

Mi colonia humana en Marte utiliza arqueas/bacterias genéticamente modificadas para convertir el polvo recogido de la superficie del planeta en material de construcción y oxígeno respirable. Los tecnicismos del método de procesamiento no son relevantes, el colono coloca polvo en la máquina y la máquina genera lodo de hierro para su posterior refinamiento con oxígeno como subproducto.

Mi pregunta es: ¿cuánto de esto es ciencia y cuánto es ficción? ¿Qué tan lejos estamos en el aspecto de la bioingeniería para poder crear tales organismos (que yo sepa, no existen tales arqueas/bacterias en la naturaleza). ¿Qué tan eficiente podría ser este proceso en términos de kg de materias primas procesadas por hora/día? ¿Cuál sería la biología de tal organismo? ¿Debería ser alimentado con desechos, expuesto a la luz solar, podría sustentarse procesando el óxido de hierro por sí mismo?

Editar:

Ahora veo un problema fundamental con mi idea: a menos que los organismos organicen el hierro en una estructura utilizable de inmediato, los colonos aún necesitarían fundir el lodo a la misma temperatura que el mineral en bruto, por lo que todo el proceso no contribuyó en nada a la refinación. . Lo cual está bien, tal vez la bacteria se cubra con una capa de hierro como sugirió @L.Dutch y llene la forma preparada con losas de hierro porosas listas para la construcción después de tratarlas con una prensa hidráulica.

Pero suponiendo que los colonos realmente quisieran oler (o más bien hornear) la sustancia resultante, ¿existe un compuesto químico que sea:

  1. soluble en agua (supongo que el organismo no sobreviviría sin agua),
  2. contiene hierro,
  3. Se puede sintetizar a partir de óxido de hierro y
  4. se convierte en hierro a una temperatura significativamente más baja que la que se requiere para fundir el mineral de hierro o en algún otro proceso de baja energía
Los humanos, y todos los animales con sangre roja, y muchas (quizás la mayoría) de las bacterias, extraen rutinariamente su hierro del hierro (III) y el óxido de hierro (II). El único problema es con la salida del hierro elemental; no se puede extraer átomo por átomo, porque el hierro es demasiado reactivo, y un átomo de hierro aislado encontrará muy rápidamente algo con lo que combinarse. Debe ensamblarse de alguna manera en cristales de hierro, y estos deben ensamblarse en piezas bastante grandes, porque el hierro en piezas diminutas se autoinflama en el aire.
Si el hierro se puede extraer biológicamente del agua oxidada, es posible que esté mejor con insectos o algo que construya sus caparazones duros con hierro a partir de la gran cantidad de hierro presente en su agua y luego arroje sus caparazones en un horno una vez que inevitablemente mueran. O impulsar algo como el evento de oxigenación de la tierra a través del coral que une el hierro a sus estructuras y expulsa el oxígeno de desecho.
Honestamente, involucrar a la biología de alguna manera para algo tan simple como reducir el hierro parece ser mucho más complicado de lo que vale, y probablemente al final sea más costoso en energía. Para un proceso de extracción/refinación de hierro de baja energía, mire el proceso de carbonilo, que se puede aplicar al hierro impuro reducido usando medios convencionales o a los meteoritos de hierro y níquel que ensucian la superficie de Marte. El mismo proceso también se puede aplicar al níquel usando diferentes temperaturas. Los polvos resultantes serían mucho más puros que cualquier lodo microbiano y luego se pueden usar para producir las aleaciones deseadas.
En particular, dicho lodo contendrá grandes cantidades de agua, cuya eliminación requiere mucha energía y ayuda a la rápida oxidación del hierro, y probablemente cantidades considerables de carbono. Una de las principales variables que determina las propiedades del acero es el contenido de carbono y, en la Tierra, eliminar el exceso de carbono implica inyectar oxígeno a través del metal fundido. También es probable que obtener el hierro implique destruir cosas como el nitrógeno fijo y atrapar el fósforo, etc. en el hierro, perdiendo valiosos nutrientes del ciclo de crecimiento.

Respuestas (2)

Si pasas del óxido de hierro al hierro elemental en un entorno oxidativo, estás subiendo en la escalera de la energía libre, mientras que los procesos espontáneos prefieren quedarse abajo en esa escalera.

Esto significa que la única forma de lograr ese resultado es poniendo energía en el proceso. Es por eso que cuando se funde hierro a partir de óxido de hierro, se necesita quemar carbón: proporciona la energía necesaria al quemarse y también proporciona un entorno reductor donde puede ocurrir la reacción.

Si quieres que eso suceda en un organismo vivo, debe haber alguna razón para que el organismo ponga energía en el proceso. Los organismos fotosintéticos hacen algo similar porque producen sustancias ricas en energía (polisacáridos) a partir de CO2 y H2O, mientras liberan oxígeno.

El hierro no forma compuestos de cadena como el carbono, por lo que la forma fotosintética parece estar fuera de lugar. Tal vez algunas bacterias puedan diseñarse para producir una capa de hierro que luego se usa como escudo/absorbedor de radiación EM (en Marte podría ser útil).

Tu gente podría usar las conchas como material de partida para sus procesos, de manera similar a como se usa la tierra de diatomeas .

¿Existe algún proceso biológico que produzca metal atómico como un (sub)producto? Tal vez podría usar eso como base de lo que está sucediendo en mi caso, ya que muchos metales comparten propiedades químicas entre sí. También se siente apropiado, ya que la ingeniería genética se trata de tomar algún proceso biológico existente y trasplantarlo a otro organismo.
@ReverentLapwing: Depende de lo que quiera decir con un proceso biológico que produce metal atómico. Por ejemplo, los seres humanos (y todos los animales con sangre roja) tienen un mecanismo para recoger el hierro del hierro (III) y el óxido de hierro (II), para usarlo en su hemoglobina. Pero en este proceso, los átomos de hierro siempre están unidos a algo , porque los átomos de hierro aislados son demasiado reactivos químicamente y, si se dejan solos y sin control, encontrarán instantáneamente un compañero con el que combinarse. (Y recuerde que incluso el hierro metálico es lo suficientemente reactivo químicamente como para autoencenderse en el aire cuando está en pedazos pequeños. Así es como funciona un acero contra incendios).
@ReverentLapwing, todo lo contrario, hay muchas bacterias que convierten el hierro atómico en óxido para obtener energía.

Muy, muy factible

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Como se ilustra en esta roca de Michigan de 1.874 millones de años , hubo un tiempo en que los océanos de la Tierra tenían una alta concentración de hierro disuelto. Salió de la solución cuando un nuevo y extraño organismo inició una catástrofe biológica, que rodeó a la Tierra en un velo tóxico de un gas anteriormente exótico conocido como oxígeno . Esto convirtió el Fe2+ en Fe3+, y el Fe3+ salió de los océanos en vastas bandas que contienen la mayor parte del hierro actualmente explotable en el planeta.

Fe2+ ​​- carbonato de hierro - es un compuesto muy plausible de producir en Marte. Todo lo que necesitas es hierro, agua y dióxido de carbono. Es posible que encuentre una solución para el agua.

El hierro reducido también es deseable. Un comentarista señaló que es pirofórico, y está... en la Tierra . La mayoría de la gente se sorprendería al saber que un planeta cubierto por uno de los agentes oxidantes gaseosos más fuertes de la naturaleza podría representar un problema para las delicadas reacciones químicas. Incluso los nativos son propensos a detonar inadvertidamente los laboratorios de química, y para las formas de vida que evolucionaron en océanos apacibles de éter dietílico, el planeta está en la lista de No viajar. No obstante, el hierro pirofórico en realidad se fabrica en una atmósfera de CO2 y es perfectamente estable allí.

Cuando una región de Marte se rocía con agua derretida, la bacteria hará varias cosas.

  • necesitan extraer todo el clorato/perclorato del suelo para evitar la oxidación. Deben metabolizar esto a Cl- y O2. Si los robots están en la escena, pueden cubrir el área objetivo con algo para atrapar el O2 para respirar gas.
  • después de que la concentración de oxígeno ha bajado mucho, comienzan a metabolizar el Fe3+ en las superficies en iones Fe2+ (parte de FeCO3) en el agua.
  • A medida que la solución se satura en Fe2+, las bacterias catalizan la conversión del hierro acuoso nuevamente a un sólido. Esto puede ocurrir en un círculo completo al oxidarlo, o podrían convertir el Fe2+ en partículas sólidas de Fe, o podrían simplemente nuclear la precipitación de FeCO3. A continuación, las partículas se recogen periódicamente del agua.
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