Βακτήρια και CO2: Αξιοποιώντας τη δύναμη των βακτηρίων που τρώνε άνθρακα

• Συγγραφέας:
• όνομα συγγραφέα

  Quantumrun Foresight
• Δεκέμβριος 1, 2022

Περίληψη Insight

Οι ικανότητες απορρόφησης άνθρακα των φυκών θα μπορούσαν να είναι ένα από τα πιο πολύτιμα εργαλεία για τον μετριασμό της κλιματικής αλλαγής. Οι επιστήμονες έχουν μελετήσει εδώ και καιρό αυτή τη φυσική διαδικασία για να μειώσουν τις εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου και να δημιουργήσουν φιλικά προς το περιβάλλον βιοκαύσιμα. Οι μακροπρόθεσμες επιπτώσεις αυτής της εξέλιξης θα μπορούσαν να περιλαμβάνουν αυξημένη έρευνα για τις τεχνολογίες δέσμευσης άνθρακα και τη χρήση τεχνητής νοημοσύνης για τον χειρισμό της ανάπτυξης βακτηρίων.

Βακτήρια και CO2 πλαίσιο

Υπάρχουν διάφορες μέθοδοι για την απομάκρυνση του διοξειδίου του άνθρακα (CO2) από τον αέρα. Ωστόσο, ο διαχωρισμός του ρεύματος άνθρακα από άλλα αέρια και ρύπους είναι δαπανηρός. Η πιο βιώσιμη λύση είναι η καλλιέργεια βακτηρίων, όπως τα φύκια, τα οποία παράγουν ενέργεια μέσω της φωτοσύνθεσης καταναλώνοντας CO2, νερό και ηλιακό φως. Οι επιστήμονες έχουν πειραματιστεί με τρόπους μετατροπής αυτής της ενέργειας σε βιοκαύσιμα. 

Το 2007, το CO2 Solutions του Κεμπέκ του Καναδά δημιούργησε έναν γενετικά τροποποιημένο τύπο βακτηρίων E. coli που παράγει ένζυμα για να τρώει άνθρακα και να τον μετατρέπει σε διττανθρακικό, το οποίο είναι αβλαβές. Ο καταλύτης είναι μέρος ενός συστήματος βιοαντιδραστήρα που μπορεί να επεκταθεί για να συλλάβει τις εκπομπές από σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής που χρησιμοποιούν ορυκτά καύσιμα.

Από τότε, η τεχνολογία και η έρευνα έχουν προχωρήσει. Το 2019, η αμερικανική εταιρεία Hypergiant Industries δημιούργησε τον Eos Bioreactor. Το gadget έχει μέγεθος 3 x 3 x 7 πόδια (90 x 90 x 210 cm). Προορίζεται να τοποθετηθεί σε αστικά περιβάλλοντα όπου συλλαμβάνει και δεσμεύει άνθρακα από τον αέρα ενώ παράγει καθαρά βιοκαύσιμα που μπορούν ενδεχομένως να μειώσουν το αποτύπωμα άνθρακα ενός κτιρίου. 

Ο αντιδραστήρας χρησιμοποιεί μικροφύκη, ένα είδος γνωστό ως Chlorella Vulgaris, και λέγεται ότι απορροφά πολύ περισσότερο CO2 από οποιοδήποτε άλλο φυτό. Τα φύκια αναπτύσσονται μέσα σε ένα σύστημα σωλήνα και δεξαμενή μέσα στο gadget, γεμάτα με αέρα και εκτεθειμένα σε τεχνητό φως, δίνοντας στο φυτό αυτό που χρειάζεται για να αναπτυχθεί και να παράγει βιοκαύσιμα για συλλογή. Σύμφωνα με την Hypergiant Industries, ο Eos Bioreactor είναι 400 φορές πιο αποτελεσματικός στη δέσμευση άνθρακα από τα δέντρα. Αυτή η δυνατότητα οφείλεται στο λογισμικό μηχανικής εκμάθησης που επιβλέπει τη διαδικασία καλλιέργειας φυκών, συμπεριλαμβανομένης της διαχείρισης των επιπέδων φωτός, θερμοκρασιών και pH για μέγιστη απόδοση.

Αποδιοργανωτικός αντίκτυπος

Τα βιομηχανικά υλικά, όπως η ακετόνη και η ισοπροπανόλη (IPA), έχουν συνολική παγκόσμια αγορά άνω των 10 δισεκατομμυρίων δολαρίων ΗΠΑ. Η ακετόνη και η ισοπροπανόλη είναι ένα απολυμαντικό και αντισηπτικό που χρησιμοποιείται ευρέως. Αποτελεί τη βάση για ένα από τα δύο συνιστώμενα σκευάσματα απολυμαντικού του Παγκόσμιου Οργανισμού Υγείας (ΠΟΥ), τα οποία είναι εξαιρετικά αποτελεσματικά κατά του SARS-CoV-2. Η ακετόνη είναι επίσης διαλύτης για πολλά πολυμερή και συνθετικές ίνες, αραιωτική πολυεστερική ρητίνη, εξοπλισμό καθαρισμού και αφαίρεση βερνικιού νυχιών. Λόγω της μαζικής παραγωγής τους, αυτές οι χημικές ουσίες είναι μερικές από τις μεγαλύτερες εκπομπές άνθρακα.

Το 2022, ερευνητές από το Πανεπιστήμιο Northwestern στο Ιλινόις συνεργάστηκαν με την εταιρεία ανακύκλωσης άνθρακα Lanza Tech για να δουν πώς τα βακτήρια μπορούν να διασπάσουν το απόβλητο CO2 και να το μετατρέψουν σε πολύτιμες βιομηχανικές χημικές ουσίες. Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν εργαλεία συνθετικής βιολογίας για να επαναπρογραμματίσουν ένα βακτήριο, το Clostridium autoethanogenum (αρχικά σχεδιασμένο στη LanzaTech), για να κάνουν την ακετόνη και το IPA πιο βιώσιμα μέσω της ζύμωσης αερίου.

Αυτή η τεχνολογία εξαλείφει τα αέρια του θερμοκηπίου από την ατμόσφαιρα και δεν χρησιμοποιεί ορυκτά καύσιμα για τη δημιουργία χημικών ουσιών. Η ανάλυση του κύκλου ζωής της ομάδας έδειξε ότι η πλατφόρμα αρνητική σε άνθρακα, εάν εγκριθεί σε μεγάλη κλίμακα, έχει τη δυνατότητα να μειώσει τις εκπομπές αερίων θερμοκηπίου κατά 160 τοις εκατό σε σύγκριση με άλλες μεθόδους. Οι ερευνητικές ομάδες αναμένουν ότι τα αναπτυγμένα στελέχη και η τεχνική ζύμωσης θα είναι σε θέση να κλιμακωθούν. Οι επιστήμονες μπορεί επίσης να χρησιμοποιήσουν τη διαδικασία για να διαμορφώσουν ταχύτερες διαδικασίες για τη δημιουργία άλλων βασικών χημικών ουσιών.

Επιπτώσεις βακτηρίων και CO2

Οι ευρύτερες συνέπειες της χρήσης βακτηρίων για τη δέσμευση CO2 μπορεί να περιλαμβάνουν: 

• Εταιρείες σε διάφορες βαριές βιομηχανίες αναθέτουν σε εταιρείες βιοεπιστήμης την κατασκευή φυκιών βιομηχανικών που μπορούν να εξειδικεύονται στην κατανάλωση και μετατροπή των συγκεκριμένων απορριμμάτων χημικών και υλικών από μονάδες παραγωγής, τόσο για τη μείωση της παραγωγής CO2/ρύπανσης όσο και για τη δημιουργία κερδοφόρων υποπροϊόντων αποβλήτων. 
• Περισσότερη έρευνα και χρηματοδότηση για φυσικές λύσεις για τη σύλληψη των εκπομπών άνθρακα.
• Ορισμένες κατασκευαστικές εταιρείες που συνεργάζονται με εταιρείες τεχνολογίας δέσμευσης άνθρακα για τη μετάβαση στις πράσινες τεχνολογίες και τη συλλογή εκπτώσεων φόρου άνθρακα.
• Περισσότερες νεοφυείς επιχειρήσεις και οργανισμοί που επικεντρώνονται στη δέσμευση άνθρακα μέσω βιολογικών διεργασιών, συμπεριλαμβανομένης της λίπανσης με σίδηρο των ωκεανών και της δάσωσης.
• Η χρήση τεχνολογιών μηχανικής εκμάθησης για τον εξορθολογισμό της ανάπτυξης βακτηρίων και τη βελτιστοποίηση της παραγωγής.
• Οι κυβερνήσεις συνεργάζονται με ερευνητικά ιδρύματα για να βρουν άλλα βακτήρια που δεσμεύουν τον άνθρακα για να εκπληρώσουν τις καθαρές μηδενικές δεσμεύσεις τους έως το 2050.

Ερωτήσεις προς εξέταση

• Ποια είναι τα άλλα πιθανά οφέλη από τη χρήση φυσικών λύσεων για την αντιμετώπιση των εκπομπών άνθρακα;
• Πώς αντιμετωπίζει η χώρα σας τις εκπομπές άνθρακα;