除了新兴且多样化的“碳固定”方式，寻找新能源替代化石燃料也是必经之路。让人又爱又怕的核能一直是选项之一。核能（裂变能）除了零排放、占地面积小、效率高外，最受诟病的就是安全性和核废料。

对于核废料，目前主要采用深埋处理方式，考虑到核废料的半衰期极长（最长元素超过20万年）以及现有建筑材料寿命相对较低，公众的担忧不无道理。

瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）的研究人员可能找到了一种处理核废料的新方法：他们发现某些自然产生的细菌可以消耗核废料储存库中潜在危险的氢气，这可以帮助我们更好地处理核废料。

洛桑联邦理工学院的科学家在核废料处理领域发现了一个意想不到的盟友：细菌。他们的主要研究对象是七种细菌群落，它们自然生长在地下数百米处，这些岩层是瑞士用于掩埋核废料的地方。

他们发现，只需简单调整核废料储存库的设计，就能将这些细菌从敌人变成朋友，它们还能消耗钢罐上积聚的氢气，增加其安全性。因为如果不控制氢气，积聚的气压有可能破坏主岩层的完整性，导致核泄漏。该研究成果于今年 10 月 14 日发表在《自然通讯》杂志上。

核废料中的放射性需要大约 20 万年才能恢复到正常水平——即自然界中铀的放射性水平。因此，大多数关于如何长期安全处理核废料的研究都集中在地质学上——寻找适合埋葬的岩层。然而，所有之前的研究都忽略了一个关键因素，而这正是本研究关注的重点：生物学。

地下生活

该研究的通讯作者 Rizlan Bernier-Latmani 表示，细菌无处不在，甚至深达地下数百米，它们会热切地扑向任何可用的能源。

“在蒙特特里岩实验室地下300米的水样中，我们发现了一个具有封闭食物链的细菌群落，其中包括许多我们从未见过的细菌。在原始条件下，菌落食物链底层的细菌从主岩中的氢和硫酸盐中获取能量。在此基础上，这些底层细菌为食物链中更高级的细菌提供能量。”拉特马尼解释了这个菌落的生存模式。

核废料埋在地下500米

然而核废料的加入改变了这一现状。储存核废料的钢罐采用玻璃化密封，周围包裹着一层厚厚的自封膨润土，埋藏在地下数百米深处——地质稳定的坚硬泥岩层（Opalinus Clay），将放射性废料与周围环境隔离开来。但钢罐不可避免地会发生腐蚀，从而导致氢气的产生。

持续缓解压力

拉特马尼团队五年前首次在核废料处理领域提出他们的假设，并在两年前付诸实践。“我们增加了特里山泥岩层中心区域的氢含量，然后通过监测生化途径和蛋白质来分析细菌菌落的组成以及它们如何响应氢含量的变化。”

积聚的氢气会增加压力，导致岩层出现裂缝，并最终导致核泄漏。

当细菌耗尽所有可用的氧气和铁时，研究人员测量了由于使用氢气而导致的细菌种群和新陈代谢的变化。“两种能够利用氢气来驱动新陈代谢的细菌蓬勃发展，而其他细菌则因生长而受到抑制，”拉特马尼解释说。“这是个好消息，因为它表明菌落的增殖有助于防止氢气的积累。”

核废料的生物屏障

那么，我们如何利用这些发现使核废料储存库更加安全呢？拉特马尼建议在现有的三道核废料屏障上增加第四道屏障：生物屏障。“我们可以在膨润土和母岩之间添加一层多孔材料。这层多孔材料将为细菌提供理想的栖息地，细菌可以从母岩中提取硫酸盐并消耗氢气。”

但还有一个问题困扰着研究人员：对这个菌落的基因组研究发现，消耗氢气并不是这些微生物的全部——它们还具备将氢气转化为甲烷的能力，这是他们没有想到的。“半年多来，我们一直在泰山实验室里观察这些细菌是否真的能产生甲烷，至今仍未得出确切的结论。”

参考文献：A. Bagnoud，重建Opalinus粘土岩中氢驱动的微生物代谢网络，Nature Communications 2016，DOI：10.1038 / ncomms12770。