ميكروبيولوجي البترول Petroleum Microbiology

يشمل هذا الفرع من العلوم جميع الجوانب الميكروبيولوجية ذات العلاقة بالصناعة النفطية ، بما في ذلك دور الميكروبات في تشكيل البترول والاستكشاف والانتاج والتصنيع والتخزين والتركيب للبترول و مشتقاته .
و هناك الكثير من أنواع البكتيريا والفطريات ، والطحالب لديها القدرة الأنزيمية لاستخدام الهيدروكربونات النفطية كمواد غذائية و تقوم هذه الكائنات الدقيقة باستهلاك جزء من المواد الهيدروكربونية وتحويلها إلى غاز ثاني أكسيد الكربون و ماء ، إلى جانب المواد الخلوية ، مثل البروتينات والأحماض النووية.


أهميتة الميكروبات المحللة للبترول في البيئة :
تلعب دورا هاما في معالجة مشكلة التلوث بالنفط الناجمة عن التسربات الهيدروكربونية الطبيعية ، والانسكابات العرضية ، والتفريغ المتعمد من المواد الزيتية في البيئة.فبمجرد أن يتم تحرير النفط و يصبح في اتصال مع الماء ، والهواء ، والأملاح اللازمة ، والكائنات الدقيقة الموجودة في بيئة بدء عملية التحلل البيولوجي الطبيعي للبترول. إذا لم يحدث ذلك التحلل فإن محيطات العالم سرعان ما تصبح تماما مغطاة بطبقة من النفط. و يتطلب التحلل العضوي للنفط وجود خليط مناسب من الكائنات الدقيقة ، والاتصال مع غاز الأكسجين ، وكميات كبيرة من النتروجين ومركبات الفسفور وكميات صغيرة من العناصر الأساسية الأخرى لنمو جميع الكائنات الحية الدقيقة. و يشترط لاتمام عملية التحليل بكفاءة وجود خليط من الميكروبات المختلفة وذلك لأن البترول يتكون من مجموعة منوعة من المواد الهيدروكربونية ، في حين أن أي كائن حي دقيق يكون متخصص لتحليل نوع محدد من المواد الهيدروكربونية .

ماهي الأجناس الميكروبية القادرة على تحليل الهيدروكربونات ؟
من أجناس البكتيريا المعزولة من أماكن تواجد الهيدروكربونات النفطية هي : Pseudomonas , Acinetobacter Flavobacterium , Brevibacterium , Corynebacterium , Arthrobacter , Mycobacterium , Nocardia . أما أجناس الفطريات و الخمائر المحللة للنفط فهي :
Candida , Cladosporium , Rhodotorula , Torulopsis , Trichosporium .

ماهي تطبيقات ميكروبيولوجيا البترول ؟
تطبيقات الميكروبيولوجيا البترولية تشمل مجالات عديدة و متنوعة منها : مكافحة التلوث النفطي ، الاستخلاص المعزز للنفط ، وتحويل الهيدروكربونات النفطية في المنتجات الميكروبية.
أما الجانب الأكثر قابلية للتطبيق في مجال الميكروبيولوجيا البترولية هو في مجال الاستخلاص المعزز للنفط ، و يكون تعزيز استخراج النفط بواسطة المنتجات الميكروبية ، وكذلك الكائنات الحية الدقيقة نفسها، كعوامل تحفيز لتعزيز استخراج النفط من خزانات النفط ، فعلى سبيل المثال يستخدم الزانثان و السكارايد الذي تنتجه بكتيريا Xanthomonas campestris بمثابة عامل تثخين في استخراج النفط.
كما أن هناك عدد من المنتجات الأخرى الميكروبية ويجري اختبار لإمكانية تطبيقها في عمليات الاستخلاص المعزز للنفط.و قد أشارت التجارب الميدانية إلى أن حقن الكائنات الحية الدقيقة في مكامن النفط يمكن أن تؤدي إلى الاستخلاص المعزز للنفط.

فوائد أخرى للتعدين الميكروبي :
يؤدي استخلاص النفط ميكروبيا إلى انتاج مجموعة متنوعة من المواد الثمينة ، مثل الأحماض الأمينية ، والكربوهيدرات ، النيوكليوتيدات ، والفيتامينات والانزيمات ، والمضادات الحيوية ، وحامض الستريك والأحماض طويلة السلسلة dicarboxylic ، والكتلة الحيوية ، يمكن أن تنتج عن عمليات الميكروبية باستخدام الهيدروكربونات النفطية والمشتقات و بعض المنتجات ، مثل tetradecane - 1 ،14 - حمض dicarboxylic ، والمواد الخام اللازمة لإعداد والعطور ، وتوليفها.
وعلى الرغم من قدرة الكائنات الحية الدقيقة في تحليل لكن لها جانب آخر غير جيد فمن أضرارها تدهور من الوقود النفطي ، تلبيسات الأسفلت ، كما أن جميع الهيدروكربونات تصبح ملوثة في حال تعرضها للماء أثناء التخزين.

ميكروبات لإزالة المتفجرات

المتفجرات و بقايا الأسلحة و الذخائر قد لا تبدو مواد صالحة لابقاء أي كائن حي من الحيوانات والنباتات والكائنات الدقيقة ، لطالما كان لها آثار ضارة على صحة الإنسان والنظم الإيكولوجية الطبيعية بالقرب منها سواء كان انسان أو أقل من ذلك كيف لا، و قد عانى العالم منها ومن ويلاتها انسانيا و بيئيا و اقتصاديا، و لكن ربما ستعتبر هي الداء و الدواء حسب آخر مستجدات العلم .

فقد تمكن العلماء من عزل عده أنواع من الميكروبات من التربة الملوثة ببقايا الأسلحة و الذخائر وهذا أمر سيجعل من الممكن اعتبارها وسيلة لتنطيف التربة الملوثة من تلك البقايا بتحليلها عضويا بواسطة تلك الكائنات .

كيف يتم ذلك ؟

باستخدام تقنيات الهندسة الوراثية فبعد جمع عينات من البكتريا و الفطريات المتواجده في مصانع الأسلحة أو مستودعات الذخيرة أو التربة المتضررة من الأسلحة والأنشطة العسكرية الأخرى، يتم تنميتها في معمليا على أوساط غذائية تحتوي على المواد المتفجرة، ثم يجري عزل البكتريا التي تستطيع أن تعيش فيها وتحللها، يلي ذلك محاولة عزل الجينات المسئولة عن تحليل المواد المتفجرة ونقلها إلى كائنات دقيقة أخرى يمكنها المعيشة في الأماكن الموبوءة بالتلوث العسكري. وباستخدام هذا الأسلوب يمكن تطوير سلالات ميكروبية قادرة على تحليل النيتروجلسرين الذي يعتبر مكونا رئيسيا للديناميت إلى ماء وغاز ثاني أكسيد الكربون.
و من الميكروبات التي تم عزلها الفطريات تم التعرف على أفراد من Alternaria ، Aspergillus ، Penicillium وTrichoderma.

وهذا يعنى أنه بمساعدة هذه البكتريا يمكن تنظيف مستودعات وحاويات المواد المتفجرة بتكلفة أقل بـ 10: 100 مرة من الطرق التقليدية المتبعة حاليا و قد نجح فريق من الباحثين في جامعة برلين في تطوير سلالة ميكروبية قادرة على تحليل مادتي (TNT) و (TND) المتفجرتين من خلال تحطيم النيتروجين المركب الموجود في جزيء المادتين، بحيث يصبح النيتروجين الناتج مخصب طبيعي للتربة، و يتوقع العلماء أن تساعد هذه الطريقة في إزالة 70% من بقايا المتفجرات الملوثة للتربة.

حلم البطارية الميكروبية Microbial battery أصبح واقعا !

منذ بداية الألفية الجديدة و حتى أيامنا هذه لا يزال حلم الطاقة الحيوية هو المشروع الأكبر الذي يداعب مخيلة العلماء ، لكن الأبحاث الجديده تبشر بامكانية تحقيق هذا الحلم و جعله واقعا ملموسا ، فقد تمكن فريق من العلماء في جامعة Massachusetts من عزل بكتريا نادرة الوجود , و ربما ستحل مكان البطاريات التقليدية مستقبلا وقد عثرعليها تحت عمق ثمانية عشر قدما في الوحل في قاع أويستر باي في ولاية فرجينيا. و الغريب فعلا هو قدرتها على تحمل التراكيز العالية من الأيونات ، علاوة على الظروف اللاهوائية. و تدعى هذه البكتريا Rhodoferax ferrireducens و هي من مجموعة البكتريا المتنفسة للحديد Iron Breathers؛ التي تعتمد على الحديد في التنفس بدلا من الأوكسجين.

عند زرع هذه البكتربا معمليا ، ازدهرت في بيئة لا هوائية بحتة و قد أظهرت نمو في درجة حراره 25 م. كما أظهرت نموا كبيرا في درجات حرارة منخفضة تصل إلى 4 م في أوساط زراعية تحتوي على اللاكتات كمصدر للأيونات.
وقد تبين لاحقا أن مجموعة كبيرة من السكريات يمكن أن تكون بديلا عن اللاكتات لإنتاج نفس النتائج. وشملت هذه المصادرعدة أنواع من السكريات والخلات والزيلوز سكر الخشب.و هذه البكتريا تستطيع استغلال أكثر من 80 ٪ من الإلكترونات في أكسدة السكرو يتم نقلها مباشرة الى الحديد "أنود" و بالتالي انتاج طاقة كهربائية و يعكف العلماء حاليا على إعداد بطارية باستخدام هذه البكتريا و تغذيتها بالسكر مثل الجلوكوز Glucose و الفركتوز Fructose، والسكروز Sucrose.

وتوصف كمية الطاقة المنتجة بأن لها القدرة على تشغيل جهاز هاتف خلوي لمدة تصل إلى 25 يوما متصلة ودون الحاجة لإعادة شحنها مما و ربما تفيد مستقبلا في تشغيل البطاريات المستخدمة لتطبيقات عسكرية خصوصا للأجهزه الصغيرة التي تعمل لفترات في المناطق النائية كما أنها رخيصة التكاليف و صديقة للبيئة. خصوصا أنها ستساعد على التخلص من مخلفات اللاكتوز الناتج من صناعة الألبان وغيرها.

أقرأ المزيد هنا.

Microbiology Meets Engineering

Rhodoferax ferrireducens