Geotechnical Valorization of Mine Tailings through MICP Biocementation: A Quantitative Technology-Transfer Framework from Australia to the Peruvian Andes

कल्पना कीजिए कि आपके पास घर के नीचे ढीली, रेतीली मिट्टी का एक ढेर है। यह जेली के एक कटोरे की तरह डगमगा रहा है, जो अभी तक जमा नहीं हुआ है। यदि आप इस पर निर्माण करने का प्रयास करते हैं, तो घर धंस सकता है या उसमें दरारें आ सकती हैं, खासकर पेरू जैसी जगह में जहाँ ज़मीन बहुत हिलती है। आमतौर पर, इंजीनियर इसे ठीक करने के लिए भारी, बदबूदार और कार्बन छोड़ने वाले सीमेंट को मिलाते हैं। लेकिन क्या होगा अगर आप इस डगमगाती रेत को एक पत्थर जैसे सख्त ब्लॉक में बदलने के लिए नन्हे, अदृश्य जीवित जीवों का उपयोग कर सकें?

यही इस शोध पत्र (पेपर) के पीछे का बड़ा विचार है: मिट्टी को आपस में जोड़ने के लिए सूक्ष्मजीवों (microbes/बैक्टीरिया) का उपयोग करना। लेखक, पॉल, कोई लैब वैज्ञानिक नहीं हैं जो अभी बीकर में प्रयोग कर रहे हों। इसके बजाय, वे एक जासूस की तरह हैं जिन्होंने ऑस्ट्रेलिया और संयुक्त राज्य अमेरिका के अन्य वैज्ञानिकों से सभी सुराग इकट्ठा किए हैं ताकि एक रोडमैप बना सकें कि कैसे पेरू इस जादू के प्रयोग को आज़मा सकता है।

जादू का खेल: गोंद के रूप में सूक्ष्मजीव

बैक्टीरिया को, विशेष रूप से Sporosarcina pasteurii नामक प्रकार को, नन्हे निर्माण श्रमिकों के रूप में सोचें। ये श्रमिक एक विशेष नाश्ता (यूरिया) खाते हैं और एक पदार्थ बाहर निकालते हैं जिसे कैल्साइट (calcite) कहा जाता है। कैल्साइट बस फैंसी चूना पत्थर है—वही चीज़ जिससे चाक या समुद्री शंख बने होते हैं।

जब ये श्रमिक अपना काम करते हैं, तो वे रेत के कणों के बीच में कैल्साइट के छोटे क्रिस्टल गिरा देते हैं। यह ऐसा है जैसे श्रमिक हर जगह सुपर-ग्लू की धूल छिड़क रहे हों। अचानक, ढीले कण आपस में चिपक जाते हैं।

• परिणाम: पेपर कहता है कि अन्य देशों में, इस प्रक्रिया ने ढीली रेत को इतना मजबूत बना दिया कि वह इमारतों का भार सह सके। इसकी मजबूती एक कमजोर 0.1–0.3 MPa (जैसे एक नरम कुकी) से बढ़कर 1–8 MPa (जैसे एक सख्त ईंट या पत्थर) हो गई।
• बोनस: यह रेत के छेदों को भी बंद कर देता है, जिससे पानी का बहाव रुक जाता है। पानी का प्रवाह 10 से 1,000 गुना (एक से तीन ऑर्डर ऑफ मैग्नीट्यूड) धीमा हो गया।

ट्विस्ट: खनन कचरे का उपयोग

यहीं पर यह पेरू के लिए बहुत दिलचस्प हो जाता है। पेरू में बहुत अधिक खनन होता है, जिससे "टेलिंग्स" (खनन के बाद बचा हुआ चट्टानी धूल) के विशाल ढेर पीछे रह जाते हैं। आमतौर पर, यह कचरा एक सिरदर्द होता है। लेकिन पेपर सुझाव देता है कि हम इस खनन कचरे को ही निर्माण सामग्री के रूप में उपयोग कर सकते हैं।

ऑस्ट्रेलिया में, वैज्ञानिकों ने खनन कचरे पर इसका परीक्षण किया और यह सफल रहा! हालाँकि, पेपर हमें चेतावनी देता है: खनन का कचरा अव्यवस्थित होता है। साफ और एक समान रेत के विपरीत, खनन कचरा विभिन्न खनिजों से भरा होता है और अम्लीय (नींबू के रस की तरह) हो सकता है।

• चुनौती: पेपर स्पष्ट रूप से कहता है कि हालांकि यह काम करता हुआ प्रतीत होता है, लेकिन साफ रेत की तुलना में खनन कचरे के साथ परिणाम बहुत अधिक अप्रत्याशित होते हैं। मजबूती तो मिलती है, लेकिन यह ढेर-दर-ढेर बहुत अलग-अलग होती है।
• चेतावनी: यदि कचरा बहुत अधिक अम्लीय है, तो बैक्टीरिया मर सकते हैं या गोंद नहीं बन पाएगा। इसलिए, शुरू करने से पहले, आपको कचरे का परीक्षण करना होगा ताकि यह सुनिश्चित हो सके कि वह बहुत अधिक खट्टा नहीं है।

"पेरू की समस्या": हम नकल क्यों नहीं कर सकते

पेपर एक विशाल तुलना चार्ट (मैट्रिक्स) बनाता है ताकि यह दिखाया जा सके कि पेरू केवल वही नहीं कर सकता जो ऑस्ट्रेलिया करता है।

1. ऊंचाई: ऑस्ट्रेलिया मुख्य रूप से समतल और गर्म है। पेरू में पहाड़ हैं जो 4,800 मीटर (15,000 फीट से अधिक) ऊंचे हैं। वहाँ बहुत ठंड होती है! पेपर सुझाव देता है कि हमें अभी तक यह नहीं पता है कि क्या बैक्टीरिया एंडीज की इस जमा देने वाली ठंड में अच्छी तरह काम करेंगे।
2. शक्ति: ऑस्ट्रेलिया में स्थिर बिजली है। पेरू के पहाड़ों के कई स्थानों में नहीं है। पेपर सुझाव देता है कि हमें बैक्टीरिया को खिलाने वाले नन्हे पंपों को चलाने के लिए सौर पैनलों का उपयोग करना पड़ सकता है।
3. नियम: अमेरिका और ऑस्ट्रेलिया में, इस चीज़ के साथ निर्माण करने के नियम हैं। पेरू में? अभी कोई नियम नहीं हैं। पेपर तर्क देता है कि इससे पहले कि हम इस चीज़ से एक भी घर बनाएं, पेरू को नए कानून लिखने होंगे जो कहें, "हाँ, इसकी अनुमति है।"

यह पेपर क्या नहीं कहता

यह जानना बहुत महत्वपूर्ण है कि यह पेपर क्या नहीं करता है।

• कोई लैब कार्य नहीं: लेखक ने लैब में बैक्टीरिया, रेत या खनन कचरे को मिलाया नहीं है। उन्होंने स्वयं किसी मजबूती को नहीं मापा।
• पेरू के लिए कोई प्रमाण नहीं: पेपर यह सिद्ध नहीं करता कि यह पेरू में काम करेगा। यह केवल यह कहता है, "ऑस्ट्रेलिया से जो हम जानते हैं, उसके आधार पर, यह लगता है कि यह काम कर सकता है, लेकिन हमें पहले यहाँ इसका परीक्षण करने की आवश्यकता है।"
• कोई जादुई संख्या नहीं: पेपर यह विशिष्ट संख्या नहीं देता कि पेरल मिट्टी कितनी मजबूत हो जाएगी। यह कहता है, "हमें अभी नहीं पता; आपको परिणाम जानने के लिए प्रयोग करना होगा।"

रोडमैप: इसे कैसे आज़माएं

चूंकि यह केवल एक योजना है, लेखक भविष्य के वैज्ञानिकों के लिए एक चार-चरणीय मार्गदर्शिका तैयार करता है:

1. कचरे की जाँच करें: खनन टेलिंग्स का परीक्षण करें कि क्या वे अम्लीय हैं या उनमें अजीब खनिज हैं।
2. एसिड को ठीक करें: यदि कचरा खट्टा है, तो बैक्टीरिया जीवित रह सकें, इसके लिए इसमें चूना मिलाएं ताकि इसे उदासीन बनाया जा सके।
3. बैक्टीरिया को उगाएं: बैक्टीरिया की एक स्थानीय नस्ल (या एक आयातित नस्ल) खोजें और उसे एक बड़े टैंक में उगाएं।
4. इंजेक्ट करें और प्रतीक्षा करें: छोटे छेद ड्रिल करें और बैक्टीरिया तथा उनके भोजन को ज़मीन में पंप करें। फिर, उन्हें अपना काम करने दें, इस प्रक्रिया को कुछ बार (4 से 12 बार) दोहराएं।

निचोड़

यह पेपर एक प्रस्ताव (प्रोपोसल) है, कोई तैयार उत्पाद नहीं। यह एक ऐसे शेफ की तरह है जो दूसरे देशों की रेसिपी देख रहा है और कह रहा है, "हे, हमारे पास पेरू में ये सभी सामग्रियां हैं, और गणित कहता है कि यह व्यंजन स्वादिष्ट होना चाहिए। लेकिन हमने अभी तक इसे पकाया नहीं है, और हमारा किचन ऊंचे स्थान पर है जिसमें चूल्हा खराब है, इसलिए हमें सावधान रहने की जरूरत है।"

साक्ष्य बताते हैं कि मिट्टी और खनन कचरे को चिपकाने के लिए बैक्टीरिया का उपयोग करना एक तकनीकी रूप से संभव तरीका है जिससे मजबूत, हरित नींव बनाई जा सकती है। लेकिन पेरू के लिए, यह एक वास्तविक दुनिया के परीक्षण की प्रतीक्षा कर रहा एक परिकल्पना (हाइपोथीसिस) बना हुआ है। पेपर निष्कर्ष निकालता है कि यदि हम परीक्षण करते हैं, तो हमें पारंपरिक सीमेंट के भारी कार्बन फुटप्रिंट के बिना एक सुपर-स्ट्रॉन्ग फाउंडेशन बनाने का तरीका मिल सकता है। लेकिन जब तक वे परीक्षण नहीं होते, यह केवल एक बहुत ही तर्कसंगत अनुमान है।