Baníctvo, biotechnológie a umenie by Zuzana Bártová

Vyspelý svet sa čoraz viac odkláňa od otvárania nových banských ložísk, pretože si uvedomuje negatívny vplyv týchto činností na životné prostredie a v konečnom dôsledku aj na zdravie ľudí. Technologický pokrok si však vyžaduje stále väčšie množstvo nerastných surovín, čo je vo svojej podstate v rozpore s víziou ochrany životného prostredia a trvalo udržateľného rozvoja. Riešenie tejto dilemy možno vidieť vo využívaní starých banských lokalít, kde sa nachádza veľké množstvo požadovaných surovín.

V Európe sa nachádzajú veľké zásoby banského odpadu súvisiace hlavne s minulou, ale aj súčasnou banskou a hutníckou činnosťou. Väčšina z toho bola uložená na skládky v čase, keď sa len málo rozmýšľalo o dlhodobých vplyvoch na životné prostredie. Výsledkom je, že najmenej 5 000 km európskych riek je kontaminovaných kyslými, železitými výtokmi známymi pod názvom (kyslé) banské vody, prostredníctvom ktorých sa kovy dostávajú do životného prostredia, kde predstavujú riziko. Aj keď hodnota kovov v týchto odpadoch je často významná, nepostačuje na pokrytie nákladov na ich priame spracovanie, takže existuje často len malá snaha o riešenie tohto problému.

Vo väčšine európskych krajín spočíva technológia, ktorá sa v súčasnosti používa na prevenciu škodlivých environmentálnych vplyvov banských odpadov, v ich izolácii vhodnými materiálmi, aby sa zabránilo prenikaniu vlhkosti, čím sa zamedzí tvorbe banských vôd. Toto riešenie je však veľmi nákladné, a navyše priamo nerieši problém. Krycie materiály majú obmedzenú životnosť a vyžaduje sa neustále monitorovanie.

V súčasnosti sa Európska únia a vlády jednotlivých štátov v spolupráci s ťažobnými spoločnosťami aktívne podieľajú na financovaní sanácie a prevencie banských výtokov. Sedimenty, ktoré vznikajú v čistiacich zariadeniach, sú kategorizované ako odpadový materiál, ktorý je potrebné zneškodniť. Tieto sedimenty sú bohaté na železo, ktoré je zodpovedné za ich okrovú farbu a predstavujú obrovský, ale neprebádaný zdroj potenciálne ekonomicky zhodnotiteľného materiálu. Vzhľadom na vysoký obsah kovov sú banské vody významným zdrojom ako znečistenia, tak aj druhotných surovín.

Okrem vzácnych kovov existujú aj ďalšie suroviny, ktoré môžeme získať z banských odpadov. V poslednom období vzniklo niekoľko projektov zameraných na výrobu prírodných pigmentov. Väčšina z nich vznikla len pred rokom alebo dvoma (príkladom môžu byť start up True Pigment-Ohio, USA, alebo doktorandský projekt na University College London, Veľká Británia) a vo všeobecnosti je koncept získavania pigmentov pre komerčné použitie z banských vôd pomerne nový.

Oxidy železa ako také však slúžili ako pigmenty odnepamäti. Prirodzene sa vyskytujúce aj umelo vyrábané oxidy železa tvorili dôležitú súčasť kultúry spoločnosti po celej Zemi, od Škandinávie po Austráliu. Ľudia ich využívali na tvorbu jaskynných kresieb, farbenie látok či maľovanie na vlastné telá. Znovuobjavovanie pôvodných prístupov pomocou moderných technológií je veľmi zaujímavé a dôležité spojením prírodných zdrojov a šetrného narábania s nimi.

Medzi základné typy zemitých pigmentov patria červenohnedé okre, sieny a umbry, ktoré obsahujú rôzne množstvá oxidov železa a mangánu. Ak má však voda vyššie koncentrácie medi, môžeme získať zaujímavé zelené odtiene. Ďalšie variácie vzniknú, ak daný materiál ďalej spracovávame, napríklad ho zohrievame. Takto môžeme získať zaujímavé fialové odtiene až, samozrejme, nakoniec uhoľnú čiernu. To je oveľa pestrejšia paleta, ako si mnohí ľudia predstavujú.

Hlavné minerály používané ako funkčné pigmenty sú kaolín, mletý uhličitan vápenatý, mastenec a azbest. Medzi ďalšie minerály patria napríklad baryt, diatomit, sľuda, oxid kremičitý či wollastonit, pričom kaolín je najrozšírenejším funkčným minerálnym pigmentom.

Prirodzené sfarbenie vody pochádzajúcej z opustených baní na celom svete sa zvyčajne prejavuje okrovým zafarbením, najmä kvôli prevládajúcej prítomnosti železa. Na tejto farbe vody je zaujímavá jej schopnosť vykazovať široké spektrum odtieňov, ktoré ovplyvňujú iné kovy, s ktorými môže byť v roztoku zmiešaná. Banská voda v anoxických podmienkach je číra, bez akýchkoľvek stôp sfarbenia. Kontakt so vzdušným kyslíkom však vyvoláva oxidáciu železa v roztoku, čím voda nadobúda červenkastý odtieň. Táto premena, známa ako hydrolýza, môže byť pomerne výrazná a spôsobuje hromadenie jemného bahna zloženého z hydroxidov železa, ktoré má tendenciu priľnúť na akýkoľvek povrch, ktorý mu stojí v ceste. Preto má tento povlak potenciál obaliť každý predmet (organickú alebo anorganickú hmotu) v potokoch a riekach. Výsledok tohto procesu vidíme ako železité, hrdzavé povlaky v koryte tokov.

Železo prítomné v banskej vode nie je vo svojej podstate toxické, ale veľmi rýchlo vedie k ekologickej degradácii potokov a riek. Hromadenie zrazenín železa na dne vodných tokov má za následok nedostatok dostupného kyslíka a svetla, čím sa vodné organizmy a mikrobiálne spoločenstvá pripravujú o tieto životne dôležité zdroje. V dôsledku toho sú ryby a podobné druhy nútené buď migrovať do iných častí toku, alebo čeliť vyhladovaniu (aktuálnym príkladom je rieka Slaná, kde nebolo pozorované žiadne masové vymieranie, ale živé organizmy sa museli presunúť do iných častí rieky, inak zanesenie ich žiabier oxidmi železa viedlo k postupnému uduseniu).

Zloženie banských vôd vykazuje značnú variabilitu v závislosti od geologického charakteru prostredia. Medzi dominantné zložky patrí hliník, zinok, mangán a horčík, prípadne ďalšie menej časté prvky, ako arzén či meď.

Bioťažba

Ako hovorí už samotný názov, na získavanie kovov sa v tomto prípade využívajú rôzne typy živých systémov alebo ich súčastí, ako sú napríklad rastliny, huby alebo mikroorganizmy.

Mikroorganizmy si počas svojej evolúcie vyvinuli mnohé mechanizmy, ako sa vysporiadať s kovmi vo svojom prostredí, a tým nám poskytli vzácne prostriedky, ktoré sú dnes využívané. Tieto procesy môžeme nazvať spoločným názvom ,,biomining“ alebo biobaníctvo.

Mikrobiálne spoločenstvá využívané pri týchto procesoch sú oveľa rozmanitejšie, ako sa pôvodne predpokladalo, a sú mimoriadne prispôsobivé mnohým extrémnym podmienkam.

Baktérie sa nachádzajú všade okolo nás (aj v nás, samozrejme). Plnia tie najrôznorodejšie funkcie, a preto nie je prekvapivé, že niektoré z nich nájdeme aj v takých extrémnych prostrediach, ako sú banského lokality. Extrémne sú preto, že často obsahujú vysoké koncentrácie kovov, nízke hodnoty pH (sú veľmi kyslé), a tiež relatívne nízke, alebo naopak, vysoké teploty. Prispôsobiť sa im dokázali mikroorganizmy, ktoré využívajú tieto kovy ako zdroj energie (väčšinou ide o železo a síru, keďže ich je v zemskej kôre naozaj veľa a sú ľahko dostupné). Hovoríme teda väčšinou o železo-oxidujúcich baktériách. Chemizmus jednotlivých prvkov v rôznych podmienkach je iná kapitola, ale na tomto mieste je dobré povedať, že železo sa predtým, ako ho baktérie zoxidujú, nachádza v rozpustnom stave. Banská voda je preto často plná rozpusteného železa, ktoré potom, ako sa banská voda zmieša s vodou riečnou, začne oxidovať a vypadávať odtiaľ ako zrazenina. Preto majú po čase potoky a rieky, do ktorých vytekajú banské vody, oranžové sfarbenie (napr. rieka Slaná). Je to vlastne zoxidované železo, a to je prakticky hrdza.

Minerálne pigmenty

Železo môže byť vo vode rozpustené alebo sa začne vyzrážavať a následne má tuhú formu. Závisí to od okolitých podmienok. Takto vyzrážané železo tvorí takzvané sekundárne minerály. Okrem už spomínaného železa obsahujú aj ďalšie prvky, ktoré môžu byť veľmi zaujímavé z viacerých hľadísk. Všetko závisí od lokality a jej minerálneho zloženia, kde sa dané vody nachádzajú. Na niektorých miestach sa k týmto železitým minerálom viažu aj prvky ako arzén či antimón, ktoré sú na jednej strane toxické, na strane druhej však patria k takzvaným kritickým surovinám, ktoré sa využívajú napríklad pri produkcii polovodičov a majú vysokú hodnotu pre udržiavanie ekonomiky Európskej únie.

Podľa prvkového zloženia banskej vody môžu vznikať veľmi zaujímavo sfarbené zrazeniny, z ktorých sa dajú odvodiť prírodné pigmenty.

Tab. Železité oxidy (sekundárne minerály) najčastejšie využívané ako pigmenty.

Asi najznámejší a najzaujímavejší sekundárny minerál na výtokoch banských vôd je schwertmannit. Bežne sa vyskytuje v kyslom prostredí bohatom na sírany a má potenciál na využitie pri remediácii vody alebo pôdy kontaminovanej rôznymi ťažkými kovmi. Prvýkrát bol pozorovaný v kyslých drenážnych vodách vytekajúcich z uhoľných baní v Ohiu v USA. Minerál dostal svoje meno podľa nemeckého vedca Uda Schwertmanna, profesora na Technickej univerzite v Mníchove.

Jeho zaujímavé farebné vlastnosti sa dajú využiť na tvorbu pigmentov. Minerál má veľmi mäkkú štruktúru, preto sa dá veľmi ľahko rozdrviť na jemný pigmentový prášok. To je veľká výhoda oproti iným druhom prírodných pigmentov, ktorých hlavnou matricou je íl alebo kaolín. Vo všeobecnosti je ťažšie ich rozdrviť v procese intenzívneho mletia, čo je aj finančne náročnejšie.

Takýto minerál sa mletím rozdrví na práškový pigment, ktorý sa následne mieša s vhodným médiom, podľa účelu ďalšieho použitia.

Obr. Sekundárne minerály pomleté do formy jemného prášku (oranžový – schwertmannit; žltý – jarozit).

Minerálne pigmenty z banských vôd boli v rámci Slovenska použité pri viacerých inštaláciách, či išlo o maľovanie riečnymi sedimentami, alebo farbenie látok.

Projekt #SCHWERTMANNIT, výsledok nedávno nadviazanej spolupráce s Ústavom geotechniky SAV, je súčasťou doktorandského výskumu, ktorého prvou fázou je materiálovo-technologické experimentovanie v oblasti farbenia a potlače textílií s využitím minerálnych pigmentov bohatých na oxidy železa, ktoré sa získavajú z rôznych hornín. Pigmenty sa miešajú so škrobom bohatým na rastlinné bielkoviny, ktorý sa získava zo sóje a iných strukovín a ktorý poskytuje prenos a fixáciu pigmentov na textíliu, a zároveň prispieva k sýtejším farbám.

Umenie ako katalyzátor udržateľnosti

Používanie prírode blízkych a alternatívnych materiálov v umení ďaleko presahuje iba výber vhodných farieb. Slúži taktiež ako silná správa celej spoločnosti o dôležitosti udržateľnosti a našej spoločnej zodpovednosti pri snahe ochraňovať našu planétu. ,,Eco-friendly“ umelci propagujú zodpovedný spoločenský prístup a svojou vlastnou aktivitou dokážu inšpirovať ostatných pri zamyslení sa nad svojimi vlastnými spotrebiteľskými vzorcami a dopadom na životné prostredie. Na tejto pomyselnej križovatke umenia, udržateľnosti a technológií vzniká dôležitá informácia, ktorá nás povzbudzuje zamyslieť sa nad prepojením jednotlivých oblastí našej spoločnosti, a navyše zároveň ako byť lepšími obyvateľmi našej planéty.