A kovaföld (diatomit)
A kövaföld vagy diatomit nevű kőzetet uralkodóan amorf (nem kristályos) állapotban lévő SiO2 alkotja, a képződés körülményeitől függően változó mennyiségű CaCO3 (kalcit, ritkábban aragonit), szmektitek és egyéb törmelékként bekerülő ásványok (kvarc, földpátok, csillámok) által
A kovavázú moszatok pedig nem idegenek a termőtalajok összetételétől sem; a talajélet moszatok, algák adta hányadában jelentős szerepet játszanak a szilícium metabolizálásában, szerves molekulákba beépített fémionok közvetítésében a növények felé.
Biomineralizáció és bányászat
A folyamat alatt az élettevékenységek (metabolizmus) során létrehozott szerves vagy szervetlen, szó szerint ásványként is létező anyagok keletkezését értjük – szemben a talajbiológiában használt mineralizálás értelmével, amely az ionok szerves mátrixból szervetlen formába történő konverzióját jelenti. Biomineralizáció például a CaCO3rombos szimmetriájú, aragonit nevű ásvány termelése a csigák és kagylók által, hogy külső vázat építsenek maguknak.
Hasonló célból, de eltérő módon a kovamoszatok (vagy algák) nem kristályos SiO2anyagú vázat építenek, amely egyben sejtszerkezeti támasztó és külső védőburok is. Ezek a vázak a szerves anyag elbomlása után is megőrződnek (1. kép), fosszíliaként is, a nyomás és hőmérséklet növekedése nélkül nem kristályosodnak ki, és eredeti porozitásuk is megőrződik.
A maradványok őskörnyezeti rekonstrukciós kutatásokra is használhatók, vagy ha több ezer–százezer köbméteres mennyiségben felhalmozódnak, akkor fontos ipari és mezőgazdasági nyersanyagot, a kovaföldet eredményezik. Magyarországon a Zemplénben vannak kovaföldtelepek, az Erdőbénye Ligetmajor telep például több évtizedes kitermelés alatt áll. A vízkezelési és agráripari felhasználásra szánt kovaföld piacán a bányászott termékek jellemzőek, de számos egyéb alkalmazási területe virágzik (ima-europe.eu/about-industrial-minerals/diatomite/), így a nagy távolságú szállítás mellett is gazdaságos lehet a bányászata.
Amorf kova, bioszilika
A kvarc és egyéb kristályos SiO2ásványokkal ellentétben a diatomitvázakban nem alakul ki a szilikát [SiO4]2-tetraéderek kristályrácsra jellemző, meghatározott szimmetria szerinti 3D elrendeződése. Ez elsősorban a [SiO4]2-egységek biomolekulák általi „gyártásának” köszönhető, ugyanis a szervetlen vázat a szerves szövet hozza létre. Az anyagtulajdonságokra nézve lesz néhány következménye ennek a folyamatnak, elsősorban a tény, hogy üvegszerű kova képződik stabilizáló ionok (Na, K, Ca, Al) beépülése nélkül. Továbbá a kristályos SiO2módosulatokkal szemben az amorf kovának jóval nagyobb a felületi szabad negatív töltése, ezáltal jelentősebb a kationmegkötő képessége, valamint a szerves molekulákat is hatékonyabban koordinálja, hidrogén- vagy van der Vaals-kötések által. Továbbá, növekvő ionkoncentráció és változó (főként növekedő) pH esetében – pl. a talaj biológiai aktivitásának növekedése során – fokozatosan oldódik, és kovasavat ad le a kolloidfázisba. A kiváló Si-forrásokkal – mint agyagásványok, zeolitok és kőzetőrlemények – ellentétben könnyebben oldódik, és nagyobb Si-mennyiséget szabadít fel. Így szerves és szervetlen tápanyaggal átitatott, feltöltött diatomitterméket alkalmazunk, olyan mikrotrágyázás alakítható ki, amely nemcsak a hagyományos, de az újszerű eljárásoknál is hatékonyabb, és nem használ vegyszereket.
Részecskeszűrő
A nagy méretű szerves molekuláknál is nagyobb csatornaátmérőknek köszönhetően főleg a szubmikrométeres szilárd vagy kolloidális részecskék szűrérésre használható kiválóan a kovaföld – azaz a diatómák kovaváza. Ennek köszönheti a borászatokban évszázados, az élelmiszer-, főleg italgyártó iparban több évtizedes hagyománnyal bíró felhasználását is. Bár rövidebb múltú és kevesebb gazdasági hasznot hajtó, de annál fontosabb alkalmazás a szennyvizek derítése, tisztítása, amely folyamat egyébként az előrejelzettnél is gyorsabban vált civilizációnk legszűkebb keresztmetszetű problémájává. Ugyanis a szennyvíztisztítás elhanyagolt fejlesztése épp egybeesik a természetes vízforrások apadásával, az egyre csökkenő csapadékmennyiséggel és élővizeink elszennyezésével. Így nemcsak az ivóvíz hiánya okoz várhatóan civilizációs katasztrófát, de a mezőgazdaság-alapú élelmiszerhiány (minőségben is!) és az ipari termelés visszaesése is, ami víz hiányában nem üzemeltethető. A kovaföld alapú szennyvíztisztítás sok aspektusában lemarad a modern vegyi és fiziko-kémiai módszerektől – pl. a milliméternél kisebb (2. kép) vázakat szuszpenzióként kell kezelni és kinyerni a tisztítás során –, így nem veheti fel a versenyt a nagyüzemi kommunális vagy ipari szennyvízkezeléssel.
A fejlesztések és kutatások jellemző iránya is a kisebb léptékű, a vegyi folyamatok melletti kiegészítő rendszerek alkalmazása, figyelembe véve a növényi tápelemek visszanyerését is.
Adszorber és víztároló
A rendezetlenül eloszló szilikát tetraéderek, az élő szerves molekulák és semlegesítő kationok hiányában, a külső felületen jelentős szabad negatív töltést fognak eredményezni. Ezáltal különböző vegyértékű kationok adszorpciója válik lehetővé, direkt módon a kovafelületre vagy vízmolekulák hidrátburkába zárt komplexekként, ez utóbbi gyengén kötött, tehát könnyebben mobilizálható formát jelent. A felületen kialakuló ozmotikus ionburok révén komplex anionok abszorpciója is kialakulhat, mintegy töményedő elektrolitként, amely a mikrométernél kisebb járatokban valamelyest stabillá válik, esetleg nanométeres léptékű csapadékképződést is kiválthat. Mindenesetre a diatómavázak jellemzője, hogy az oldatból felvett ionokat megtartják, magukkal hordozzák, amire lehet példa a növényvédő szerek kijuttatása is, ahol gyakori hordozóként alkalmazzák.
Adszorpcióval megkötik, és mobilis formában tárolják a molekuláris vizet is, amely tulajdonságot a hidroponikus rendszerekben használják. A duzzasztott perlit előnye a nagyobb szemcseméret (milliméterek) és pórustérfogat (akár 70 térfogat%), de a vázstabilitást fizikai (törékeny) és kémiai (oldódó) szempontból is gyengébb. A kovamoszatvázakból duzzasztott perlitre vonatkoztatva arányosan nagyobb térfogatra van szükség, cserében stabilabb víztároló rendszert alakíthatunk ki, amelyben a lényegesen kisebb (mikrométerek és alatta, 3. ábra) pórusméret a vízleadást is jobban szabályozza. Ez a vízháztartásbeli pozitív tulajdonság a talajokban is érvényesíthető, még ha nagyságrendekkel el is marad a talajkolloid víztároló kapacitásától, de a gyökérzónában számottevő jelentősége is lehet.
Lehet jobb, mint a zeolit?
A fentiekben tárgyalt fizikai és kémiai tulajdonságok alapján bizonyos hasonlóságokat fedezhetünk fel egyéb ásványi anyagokkal, mint pl. a nyitott üregek és csatornák, amelyek szerves molekulákat és kationokat tudnak megkötni, akárcsak a zeolitok esetében. Vagy akár a felületi adszorpció, amellyel a szmektit típusú anyagásványok esetében is találkoztunk, és amely nagyban növel a kationcserélő képességet, a rétegközi térben felvehető-leadható kationok mellett. A hasonlóságok azonban csak a folyamatok eredményére vonatkoznak bizonyos szintig, a mechanizmusuk és fiziko-kémiai jellemzőik merőben különböznek, éppenséggel a diatómavázak szerkezetének és amorf kova felépítésének köszönhetően. A zeolitok felületi töltése alacsonyabb, a belső szerkezeti csatornákba, üregekbe csak ionokat és szerves molekulákat tudnak felvenni, a diatómavázhoz hasonló módon kolloid vagy szilárd részecskéket nem. Ezen túlmenően, a kovaváz nagyobb méretű üregeinek a falán nano léptékű, kristályosodásnak aligha nevezhető, de szilárd anyagok kiválásával járó precipitációs folyamatok is lejátszódhatnak. Így például nemcsak a K, Ca vagy Mg ionjai kötődhetnek adszorpcióval, hanem ezek karbonát, szulfát, nitrát, foszfát vagy akár oxalátos szilárd terméke is képződhet. Ilyen szempontból egy nem veszélyes üzem szürkevizének tisztítása egy időben adhat szervesanyag-tartalmat (mikrorészecskék, molekulák), adszorbeált ionokat és precipitált, elnyújtott felszabadulású ásványitápelem-tartalmat.
És ha termesztjük?
Az összes ásványi eredetű talajjavító, növénytápláló, fitoapplikációs és víztisztító anyag közül a kovamoszatvázak egy rendkívüli nagy előnnyel bírnak: bányászat helyett termeszteni is lehetséges őket. A felhasználás szempontjából a térfogat nagyságrendekkel fontosabb, mint a tömeg, ami további előnyt jelent a bányászattal szemben, még úgy is, hogy például a kanalas markoló merítőtérfogatát nem lehet összehasonlítani az ugyanazon idő alatt a termesztőmedencéből kinyert algakovaváz térfogatával. A bányászott anyaggal ellentétben azonban nem kell tisztítani, osztályozni és a klorofilltartalommal szerves anyagot, hőkezelés után szervetlen Mg-ot vihetünk be a kompozitokba. A termesztés egyik kiváló alapanyaga pedig éppenséggel az ipari vagy háztartási szürkevíz, amely bőven hordozza a kellő szerves és ásványi tápanyagokat, amelyeket egyébként is bontani vagy konvertálni kell. A nehézfémek viszont csak csekély mértékben tudnak úgy a kovavázba, mint az élő szerves mátrixba beépülni, így biotoxicitási veszélyt nem generálunk. Az adszorpcióval kötött nehézfémek közül ha bármelyik eléri a toxicitási határértéket, a koncentrációkat módosítani tudjuk például komposzt vagy ásványi mátrix keverésével, vagy a kijuttatott adagolás csökkentésével.
Dr. Kristály Ferenc
Miskolci Egyetem
