البكتيريا وثاني أكسيد الكربون: تسخير قوة البكتيريا الآكلة للكربون

• كاتب:
• اسم المؤلف

  البصيرة الكمومية
• 1 كانون الأول، 2022

ملخص البصيرة

يمكن أن تكون قدرات الطحالب على امتصاص الكربون واحدة من أكثر الأدوات قيمة في التخفيف من تغير المناخ. لقد درس العلماء منذ فترة طويلة هذه العملية الطبيعية لتقليل انبعاثات الغازات الدفيئة وإنشاء وقود حيوي صديق للبيئة. يمكن أن تشمل الآثار طويلة المدى لهذا التطور زيادة الأبحاث حول تقنيات احتجاز الكربون واستخدام الذكاء الاصطناعي للتحكم في نمو البكتيريا.

سياق البكتيريا وثاني أكسيد الكربون

هناك عدة طرق لإزالة ثاني أكسيد الكربون (CO2) من الهواء ؛ ومع ذلك ، فإن فصل تيار الكربون عن الغازات والملوثات الأخرى مكلف. الحل الأكثر استدامة هو زراعة البكتيريا ، مثل الطحالب ، التي تنتج الطاقة عن طريق التمثيل الضوئي عن طريق استهلاك ثاني أكسيد الكربون والماء وأشعة الشمس. كان العلماء يجربون طرقًا لتحويل هذه الطاقة إلى وقود حيوي. 

في عام 2007 ، ابتكرت حلول ثاني أكسيد الكربون في مدينة كيبيك الكندية نوعًا معدلاً وراثيًا من بكتيريا الإشريكية القولونية التي تنتج إنزيمات لأكل الكربون وتحويله إلى بيكربونات ، وهو أمر غير ضار. المحفز هو جزء من نظام مفاعل حيوي يمكن توسيعه لالتقاط الانبعاثات من محطات الطاقة التي تستخدم الوقود الأحفوري.

منذ ذلك الحين ، تقدمت التكنولوجيا والبحث. في عام 2019 ، أنشأت شركة Hypergiant Industries الأمريكية مفاعل Eos الحيوي. يبلغ حجم الأداة 3 × 3 × 7 أقدام (90 × 90 × 210 سم). من المفترض أن يتم وضعه في المناطق الحضرية حيث يلتقط الكربون من الهواء ويعزله بينما ينتج وقودًا حيويًا نظيفًا يمكن أن يقلل من البصمة الكربونية للمبنى. 

يستخدم المفاعل الطحالب الدقيقة ، وهي نوع معروف باسم Chlorella Vulgaris ، ويقال إنه يمتص ثاني أكسيد الكربون أكثر بكثير من أي نبات آخر. تنمو الطحالب داخل نظام أنبوب وخزان داخل الأداة ، ممتلئة بالهواء ومعرضة للضوء الاصطناعي ، مما يمنح النبات ما يحتاجه للنمو وإنتاج الوقود الحيوي للتجميع. وفقًا لشركة Hypergiant Industries ، فإن مفاعل Eos الحيوي أكثر فاعلية 2 مرة في التقاط الكربون مقارنة بالأشجار. ترجع هذه الميزة إلى برنامج التعلم الآلي الذي يشرف على عملية زراعة الطحالب ، بما في ذلك إدارة الضوء ودرجات الحرارة ومستويات الأس الهيدروجيني لتحقيق أقصى قدر من الإنتاج.

التأثير التخريبي

المواد الصناعية ، مثل الأسيتون والأيزوبروبانول (IPA) ، يبلغ إجمالي سوقها العالمي أكثر من 10 مليار دولار أمريكي. الأسيتون والأيزوبروبانول مطهران ومطهران يستخدمان على نطاق واسع. إنه أساس إحدى تركيبات المطهرات الموصى بها من قبل منظمة الصحة العالمية (WHO) ، وهي فعالة للغاية ضد SARS-CoV-2. الأسيتون هو أيضًا مذيب للعديد من البوليمرات والألياف الصناعية ، وراتنج البوليستر الرقيق ، ومعدات التنظيف ، ومزيل طلاء الأظافر. نظرًا لإنتاجها بكميات كبيرة ، تعد هذه المواد الكيميائية من أكبر مصادر انبعاث الكربون.

في عام 2022 ، دخل باحثون من جامعة نورث وسترن في إلينوي في شراكة مع شركة Lanza Tech لإعادة تدوير الكربون لمعرفة كيف يمكن للبكتيريا تكسير نفايات ثاني أكسيد الكربون وتحويلها إلى مواد كيميائية صناعية قيمة. استخدم الباحثون أدوات البيولوجيا التركيبية لإعادة برمجة بكتيريا ، Clostridium autoethanogenum (المصممة أصلاً في LanzaTech) ، لجعل الأسيتون و IPA أكثر استدامة عن طريق تخمير الغاز.

تقضي هذه التقنية على الغازات المسببة للاحتباس الحراري من الغلاف الجوي ولا تستخدم الوقود الأحفوري لإنتاج مواد كيميائية. أظهر تحليل دورة حياة الفريق أن النظام الأساسي السلبي للكربون ، إذا تم اعتماده على نطاق واسع ، لديه القدرة على تقليل انبعاثات غازات الاحتباس الحراري بنسبة 160 في المائة مقارنة بالطرق الأخرى. تتوقع فرق البحث أن السلالات المطورة وتقنية التخمير ستكون قادرة على التوسع. قد يستخدم العلماء أيضًا هذه العملية لصياغة إجراءات أسرع لإنتاج مواد كيميائية أساسية أخرى.

تداعيات البكتيريا وثاني أكسيد الكربون

قد تشمل الآثار الأوسع لاستخدام البكتيريا لالتقاط ثاني أكسيد الكربون ما يلي: 

• تتعاقد الشركات في الصناعات الثقيلة المتنوعة مع شركات العلوم الحيوية على طحالب الهندسة الحيوية التي يمكن أن تكون متخصصة في استهلاك وتحويل نفايات المواد الكيميائية والمواد المحددة من مصانع الإنتاج ، وذلك لتقليل إنتاج ثاني أكسيد الكربون / التلوث وإنشاء نفايات ثانوية مربحة. 
• مزيد من البحث والتمويل للحلول الطبيعية لاحتجاز انبعاثات الكربون.
• تشارك بعض شركات التصنيع مع شركات تكنولوجيا احتجاز الكربون للانتقال إلى التقنيات الخضراء وتحصيل تخفيضات ضريبية على الكربون.
• المزيد من الشركات الناشئة والمنظمات التي تركز على عزل الكربون من خلال العمليات البيولوجية ، بما في ذلك تخصيب الحديد في المحيطات والتشجير.
• استخدام تقنيات التعلم الآلي لتبسيط نمو البكتيريا وتحسين الإنتاج.
• تشارك الحكومات مع المؤسسات البحثية للعثور على بكتيريا أخرى قادرة على احتجاز الكربون للوفاء بتعهداتها الصفرية الصافية بحلول عام 2050.

أسئلة للنظر فيها

• ما هي الفوائد المحتملة الأخرى لاستخدام الحلول الطبيعية لمعالجة انبعاثات الكربون؟
• كيف يتعامل بلدك مع انبعاثات الكربون؟