Бактерии и CO2: Използване на силата на бактериите, които се хранят с въглерод

• Автор:
• име Автор

  Quantumrun Foresight
• Декември 1, 2022

Резюме на прозрението

Способностите на водораслите да абсорбират въглерод могат да бъдат един от най-ценните инструменти за смекчаване на изменението на климата. Учените отдавна изучават този естествен процес за намаляване на емисиите на парникови газове и създаване на екологични биогорива. Дългосрочните последици от това развитие биха могли да включват увеличени изследвания върху технологиите за улавяне на въглерод и използването на изкуствен интелект за манипулиране на растежа на бактериите.

Контекст на бактерии и CO2

Има няколко метода за отстраняване на въглероден диоксид (CO2) от въздуха; отделянето на въглеродния поток от други газове и замърсители обаче е скъпо. По-устойчивото решение е култивирането на бактерии, като например водорасли, които произвеждат енергия чрез фотосинтеза, като консумират CO2, вода и слънчева светлина. Учените експериментират с начини за трансформиране на тази енергия в биогорива. 

През 2007 г. CO2 Solutions от канадския град Квебек създаде генетично модифициран тип бактерии E. coli, които произвеждат ензими, за да ядат въглерод и да го превръщат в бикарбонат, който е безвреден. Катализаторът е част от биореакторна система, която може да бъде разширена, за да улови емисии от електроцентрали, които използват изкопаеми горива.

Оттогава технологиите и изследванията напреднаха. През 2019 г. американската компания Hypergiant Industries създаде биореактора Eos. Джаджата е с размери 3 x 3 x 7 фута (90 x 90 x 210 cm). Той е предназначен да бъде поставен в градски условия, където улавя и изолира въглерода от въздуха, докато произвежда чисти биогорива, които потенциално могат да намалят въглеродния отпечатък на сградата. 

Реакторът използва микроводорасли, вид, известен като Chlorella Vulgaris, и се казва, че абсорбира много повече CO2 от всяко друго растение. Водораслите растат в тръбна система и резервоар в приспособлението, пълни с въздух и изложени на изкуствена светлина, давайки на растението това, от което се нуждае, за да расте и да произвежда биогорива за събиране. Според Hypergiant Industries биореакторът Eos е 400 пъти по-ефективен при улавянето на въглерод от дърветата. Тази функция се дължи на софтуера за машинно обучение, който наблюдава процеса на отглеждане на водорасли, включително управление на светлината, температурите и нивата на pH за максимална производителност.

Разрушително въздействие

Промишлените материали, като ацетон и изопропанол (IPA), имат общ глобален пазар от над 10 милиарда щатски долара. Ацетонът и изопропанолът са дезинфектант и антисептик, който се използва широко. Това е основата за една от двете препоръчани дезинфектанти на Световната здравна организация (СЗО), които са много ефективни срещу SARS-CoV-2. Ацетонът също е разтворител за много полимери и синтетични влакна, изтъняваща полиестерна смола, почистващо оборудване и препарат за отстраняване на лак за нокти. Поради масовото си производство, тези химикали са едни от най-големите емитери на въглерод.

През 2022 г. изследователи от Северозападния университет в Илинойс си партнираха с фирмата за рециклиране на въглерод Lanza Tech, за да видят как бактериите могат да разграждат отпадъчния CO2 и да го превърнат в ценни индустриални химикали. Изследователите са използвали инструменти за синтетична биология, за да препрограмират бактерия, Clostridium autoethanogenum (първоначално проектирана в LanzaTech), за да направят ацетона и IPA по-устойчиви чрез газова ферментация.

Тази технология елиминира парниковите газове от атмосферата и не използва изкопаеми горива за създаване на химикали. Анализът на жизнения цикъл на екипа показа, че въглеродно-отрицателната платформа, ако бъде приета в голям мащаб, има потенциала да намали емисиите на парникови газове със 160 процента в сравнение с други методи. Изследователските екипи очакват, че разработените щамове и техниката на ферментация ще могат да се разширят. Учените могат също така да използват процеса, за да формулират по-бързи процедури за създаване на други основни химикали.

Последици от бактерии и CO2

По-широките последици от използването на бактерии за улавяне на CO2 могат да включват: 

• Компании в различни тежки индустрии, сключващи договор с бионаучни фирми за биоинженерни водорасли, които могат да бъдат специализирани да консумират и преобразуват специфични отпадъчни химикали и материали от производствени предприятия, както за намаляване на CO2/замърсяването, така и за създаване на печеливши отпадъчни странични продукти. 
• Повече изследвания и финансиране за естествени решения за улавяне на въглеродни емисии.
• Някои производствени компании си партнират с технологични фирми за улавяне на въглероден диоксид, за да преминат към зелени технологии и да събират отстъпки от въглероден данък.
• Повече стартиращи компании и организации, фокусиращи се върху улавянето на въглерод чрез биологични процеси, включително наторяване с желязо в океана и залесяване.
• Използването на технологии за машинно обучение за рационализиране на растежа на бактериите и оптимизиране на продукцията.
• Правителствата си партнират с изследователски институции, за да намерят други бактерии, улавящи въглерод, за да изпълнят своите нетни нулеви обещания до 2050 г.

Въпроси за разглеждане

• Какви са другите потенциални ползи от използването на естествени решения за справяне с въглеродните емисии?
• Как вашата страна се справя с въглеродните си емисии?