Haldy vzniklé v minulosti následkem těžby uranu jsou rizikem a zátěží pro životní prostředí. Zároveň však obsahují mnoho cenných surovin. Promyšlenou sanací s pomocí know-how vytvořeného ve spolupráci západních i českých univerzit a institucí by tedy mělo být možné „zabít dvě mouchy jednou ranou“.
V minulém století patřilo tehdejší Československo mezi největší světové producenty uranu (spolu s Německem, Francií, Maďarskem, Bulharskem a Rumunskem), na území České republiky se dnes proto nacházejí více než dvě desítky lokalit, kde se těžil uran hlubinnou těžbou nebo kyselým loužením in situ čili na místě těžby. Jde tedy o místa zasažená zmíněnou činností, která jsou nyní postupně sanována, stále se zde však projevují vlivy přítomnosti radionuklidů a těžkých prvků na půdu i vodu. Všechny tyto lokality spravuje státní podnik DIAMO [specializuje se na zahlazování následků hornické činnosti po těžbě uranu, rud a části uhelného hornictví v ČR, původně šlo však o důlní podnik se specializací na těžbu uranové rudy, který nesl název Jáchymovské doly; současný název společnosti je odvozen od sloučeniny diuranát amonný, podnikem produkované jako uranový koncentrát — pozn. red.]. Zajímavé jsou pro odborníky, kteří se zaměřují na možnost získávání a opětovného využití strategických prvků z odpadů po této těžbě, ale i po těžbě jiných rud. To je také předmětem tříletého mezinárodního evropského projektu SURRI (Sustainable Remediation Of Radionuclide Impacts On Land And Critical Materials Recovery — Udržitelná sanace dopadů radionuklidů na půdu a využití kritických materiálů) v rámci výzvy Twinning. Jeho koordinátorem je Ústav pro nanomateriály, pokročilé technologie a inovace (CXI) Technické univerzity v Liberci (TUL) a zapojily se do něj také univerzity ze Španělska, Itálie a Velké Británie a již zmíněný státní podnik DIAMO.
Západní univerzity poskytnou know-how, Česko lokality a zkušenosti
V rámci projektu se podle profesora Miroslava Černíka, ředitele CXI TUL, jedná především o předávání znalostí a zkušeností pro podávání mezinárodních projektů, manažerských dovedností atd. „Z výzkumného hlediska je podstatou projektu ochota západních vyspělých institucí poskytnout nám své know-how a zkušenosti v oblasti biologických a elektrokinetických metod pro separaci strategických prvků z vod a pevných odvalů, které zůstaly v České republice po hornické činnosti. To, že se s námi západní instituce podílejí o své znalosti a zkušenosti, je pro náš výzkum velkým přínosem a pomůže nám to posunout výzkum v oblasti zmírňování dopadů radionuklidů na životní prostředí,“ říká prof. Černík. Zdůrazňuje zároveň, že i liberecká univerzita má svým západním kolegům co nabídnout. Navážou například na předchozí společné výzkumné téma s univerzitou v South Hamptonu, konkrétně s Andrewem Cundym, profesorem environmentální radioaktivity a radiochemie. Jedná se o elektrochemické metody, které liberecký tým dlouhodobě studuje v návaznosti na využití nanoželeza. „Můžeme zúročit také naše zkušenosti z mezinárodního projektu LIFEPOPWAT zaměřeného na čištění skládkových vod kontaminovaných nebezpečnými pesticidy [LIFE (finananční nástroj EU zaměřený na oblast životního prostředí a klimatu), POP (persistent organic pollutants), WAT (water — tedy voda) — pozn. red.]. Pilotní projekt jsme spustili ve spolupráci se státním podnikem DIAMO a společností Photon Water Technology před dvěma lety na výsypce starého uranového lomu na Karlovarsku. Uloženo je tam 5 000 t lindanu a odpadních látek, které vznikaly při jeho výrobě v neratovické Spolaně za minulého režimu,“ dodává s tím, že pro zahraniční partnery jsou české lokality po hornické těžbě svým složením mimořádně zajímavé. Minulý režim totiž na ochranu životního prostředí příliš nedbal, a vzorky odpadního materiálu jsou proto „bohaté“ na využitelné kovy.
DIAMO umožní přístup na spravované lokality
V březnu 2024 přijala Rada EU Evropský akt o kritických surovinách, tedy seznam surovin [34 strategických, z nichž 17 je označovaných jako kritické — pozn. red.], které mají pro EU mimořádný hospodářský význam a u nichž existuje velké riziko narušení dodávek v důsledku koncentrace zdrojů a nedostatku kvalitních, cenově dostupných náhrad. Na něm jsou například zlato, měď, kobalt, wolfram, lithium a řada dalších kovů, ale také třeba nebezpečný arzen atd. Některé z nich se vyskytují právě v lokalitách, kde probíhala v minulosti těžba uranu a jiných rud, na nichž státní podnik DIAMO provádí průběžně sanaci, při níž je z vyčerpaných vod a zemin kontaminace odstraňována. V rámci projektu se tedy nyní vyhodnocuje možnost přepracovat sanační metodiky tak, aby cenné suroviny bylo možné dále využít. Zvláště náročná je sanace v oblasti Stráže pod Ralskem, kde probíhala kromě hlubinné i chemická těžba uranu. Od roku 1996, kdy byla vládou vyhlášena likvidace chemické těžby, byly postupně uvedeny do provozu nejmodernější sanační technologie. Sanace je zajišťována řízeným čerpáním a čištěním kontaminovaných vod v dekontaminačních stanicích, do kterých podnik historicky investoval zhruba pět miliard korun. Podle Ludvíka Kašpara, ředitele státního podniku, získává DIAMO i v dnešní době, jako vedlejší produkt sanace, ještě zhruba 20 t uranu ročně. „Na všechny lokality mají kolegové z projektu přístup a mohou si odebírat vzorky z celého procesu sanace, to znamená, že vzorkují roztoky vyčerpané z podzemí i vyčištěné. Kromě odstraňovaného uranu mohou zachytit i široké spektrum dalších prvků obsažených v čerpaných roztocích. Mají k dispozici i naše monitorovací postupy. To jim slouží k tomu, aby si ověřili své technologie, jak fungují a jak by fungovaly i v našich podmínkách,“ popisuje spolupráci Ludvík Kašpar. Účast v projektu má řadu přínosů, především kontakt a výměna zkušeností s novými a odborně zdatnými kolegy, které jsou podle něj největší přidanou hodnotou mezinárodních projektů. „Pro udržení a zvyšování odborné kvalifikace je nezbytný kontakt se světem, poznávání nových zahraničních technologií souvisejících se zahlazováním následků hornické činnosti. Je pro nás důležité, když se na tak vysoké odborné úrovni otestuje, jak fungují v podmínkách našich lokalit. I proto, že každá lokalita vyžaduje specifickou sanaci. Tím, jak postupuje sanace, se například mění složení podzemních vod a na tyto změny je nutné technologicky reagovat,“ říká Ludvík Kašpar s tím, že státní podnik DIAMO přináší do projektu také oceňované informace například z radiační ochrany, monitoringu. V rámci projektu například poskytl také informace o svých zkušenostech se separací hi-tech prvků z kontaminovaných roztoků nebo o unikátním postupu odstraňování čpavku z významně zasolených alkalických vod, který pro DIAMO vyvinul tým VŠCHT Praha pod vedením profesora Josefa Paška. „Sdílené zkušenosti, porovnávání dosažených výsledků a společný výzkum separace kritických surovin můžou přispět k zefektivnění sanace horninového prostředí a ke zmírňování nedostatku kritických nerostných surovin v Evropské unii,“ dodává.
Elektrokinetická a biologická metoda zkoumání
Na odebraných vzorcích vody a materiálů analyzují výzkumníci chemické a mikrobiologické parametry vod z důlních splachů a odtoků z odkaliště a testují účinnost navržených metod separace vybraných kritických prvků. Projektový tým bude zkoumat nové možnosti sanace půdy nebo vody na bázi elektrokinetických a biologických metod. Elektrokinetickou metodu využívá Martin Palušák v laboratořích CXI. Spočívá v tom, že se sleduje pohyb prvků v elektrickém poli. „Po počátečních experimentech se simulovanými vzorky, kdy jsme kolonu vyplnili pískem, nyní využíváme reálné kaly z dolů. Na každou stranu kolony umístíme elektrody, vygenerujume elektrické napětí a pak sledujeme, jestli se prvky pohybují jinak, než by se pohybovaly difuzí bez elektrického pole. Na odebraných vzorcích vody a materiálů budeme testovat účinnost navržených metod separace vybraných prvků. To se určitě bude lišit podle jednotlivých lokalit. Elektrokinetické metody jsou určeny pro vodu i pevné vzorky, jen mají jiné parametry než metody biologické. Poslední experiment, který by měl probíhat v rámci tohoto projektu, by měl být navržen tak, aby obě metody spojil dohromady, abychom udělali metodu komplexnější,“ vysvětluje Martin Palušák. Pro získávání těchto strategických prvků budou podle něj maximálně dodrženy postupy šetrné k životnímu prostředí. „Na lokalitách, které nám zpřístupnil podnik DIAMO, jsme odebrali vzorky vody vytékající z důlních šachet a z kalů, které se tam lisují. Laboratorní analýzou jsme zjistili obsah jednotlivých prvků. Ukázalo se, že v nich je vždy vysoký obsah železa, poměrně hodně mědi, ale vzorky obsahují i chrom, zinek, olovo i arzen,“ konstatuje. Připouští, že ekonomický efekt této metody není ještě zdaleka jistý. Ale i když se to finančně nevyplatí, určitě bude tento postup přínosem pro čistší životní prostředí. K projektu se přidala univerzita v Granadě, která s CXI spolupracuje s týmem RNDr. Aleny Ševců, Ph.D., na využití biologických metod pro sanace znečištěných lokalit. Biologická metoda je založena na schopnosti některých bakterií i některých hub a plísní nejen přežívat ve vyšších koncentracích kovů, které jsou pro jiné bakterie toxické, ale i na schopnosti louhovat v hornině či sedimentu vázané prvky a poté je rozpuštěné ve vodě vysrážet (precipitovat).
Jedním z klíčových úkolů projektu je tedy izolovat bakterie, které jsou vhodné pro bioloužení anebo bioprecipitaci strategických prvků a kontaminantů (typicky kobaltu, olova, mědi, arzenu apod.), které se v lokalitách po těžbě nacházejí. „Bakterie, které jsou schopny odolávat toxickému zatížení, využívají řady mechanismů snižujících toxicitu prostředí tím, že vysrážené prvky nebo jejich sloučeniny adsorbují na povrchu nebo je akumulují uvnitř buňky. Většina bakterií využívá enzymy (reduktázy), které mění rozpustnou, tedy tělu lépe přístupnou, a tím pádem i toxičtější variantu kovu/prvku na méně toxickou, nerozpustnou formu. Těmito mechanismy se mikroorganismy toxickým látkám brání a umožňuje jim to v takových podmínkách přežít, metabolizovat a množit se. Současně je jakýmsi vedlejším produktem (velmi výhodným) imobilizace strategických prvků nebo kontaminantů v podobě nanočástic, které mohou být následně izolovány ex situ. Jejich izolace by měla být při zajištění odpovídajících podmínek (vhodného pH a obsahu kyslíku ve vodě) základem pro účinné biologické metody čištění a úpravy zasažených lokalit,“ říká Veronika Hlaváčková, členka výzkumného týmu. Přímo s uranem sice liberečtí vědci nepracují, protože laboratoře na TUL nejsou uzpůsobeny práci s radioaktivním materiálem, ale jak říká doktorka Hlaváčková, zaměří se na těžké kovy, pro které jsou mechanismy obdobné. „V rámci projektu SURRI jsme již úspěšně izolovali řádově stovky mikrobiálních monokultur z kontaminovaných vod a sedimentů z celkem pěti různých lokalit. Nyní tyto kultury testujeme z hlediska tolerance k různým těžkým kovům a schopnosti tvorby nanočástic, dodává. Podle vedoucí týmu doktorky Aleny Ševců jsou mechanismy bioprecipitace zatím velmi dobře popsány v laboratorních podmínkách. Do praxe se je zatím nepodařilo převést především pro finanční náročnost ve srovnání s levnějšími standardními metodami získávání kovů. „Cílem společného výzkumného záměru je především využití těchto mikroorganismů pro čištění důlních nebo odpadních vod, kde se klasická komerční separace nevyplatí, nebo pro produkci biogenních kovových nanočástic, které by bylo možné využít v biomedicíně,“ vysvětluje Alena Ševců. Teprve laboratorní experimenty podle ní ukážou, zda jsou tyto postupy technicky proveditelné a zda je možné přistoupit k pilotní aplikaci na vybraných lokalitách. Na tento spíše monitorovací projekt budou podle ní navazovat další výzkumné projekty.
Rozvoj výzkumu na mezinárodní úrovni
Řešitelé z Technické univerzity Liberec od projektu očekávají rozvoj výzkumu na mezinárodní úrovni, posílení výzkumné a inovační kapacity a rozvoj spolupráce s průmyslem. Spolupráce s podnikem DIAMO pak slibuje inovativní řešení dlouhodobého problému radioaktivních úložišť. Výzkumná a vědecká práce je ale jen jednou z částí tohoto vzdělávacího projektu. Jak zdůrazňuje profesor Černík, ředitel CXI TUL, podstatnou část tvoří získávání dalšího know- -how, jak psát evropské projekty, pořádat výměnné stáže pro doktorandy na vědeckých pracovištích a publikovat v prestižních impaktovaných časopisech. Součástí bude i letošní letní škola ve Španělsku, kam pojede deset studentů z TUL. Náplní jsou semináře pro přípravu evropských projektů, odborné přednášky o těchto metodách. Příští rok letní školu uspořádá liberecká univerzita. „Hlavním cílem tedy je pozvednout úroveň ústavu CXI v oblasti přípravy a získávání mezinárodních projektů. To znamená připravit strukturu pro další společné projekty,“ shrnuje profesor Černík s tím, že se jim zatím daří plnit stanovené indikátory — připravují odborné články a podali přihlášky k několika navazujícím mezinárodním i českým projektům. A vedoucí týmu biologických aplikací Alena Ševců věří, že „společné výzkumné úsilí, inovativní metody a možnost konzultovat odborné postupy se zahraničními partnery přinesou pozitivní výsledky a přispějí k ochraně životního prostředí a udržitelnému využívání strategických surovin“. To, že se projekt SURRI zaměřuje na vývoj a identifikaci efektivnějších technologií těžby, je podle ní v souladu se strategií Evropské unie, která v současné době dává velký důraz na dosažení nezávislosti na získávání strategických surovin bez nutnosti dovozu z jiných zemí.
/Jaroslava Kočárková/
