باکتری ها و CO2: استفاده از قدرت باکتری های کربن خوار

اعتبار تصویر:
تصویر های اعتباری
iStock

باکتری ها و CO2: استفاده از قدرت باکتری های کربن خوار

باکتری ها و CO2: استفاده از قدرت باکتری های کربن خوار

متن زیر عنوان
دانشمندان در حال توسعه فرآیندهایی هستند که باکتری ها را تشویق می کند تا انتشار کربن بیشتری را از محیط جذب کنند.
    • نویسنده:
    • نام نویسنده
      آینده نگاری کوانتوم ران
    • دسامبر 1، 2022

    خلاصه بینش

    توانایی جذب کربن جلبک ها می تواند یکی از ارزشمندترین ابزارها در کاهش تغییرات آب و هوایی باشد. دانشمندان مدت‌هاست که این فرآیند طبیعی را برای کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای و ایجاد سوخت‌های زیستی سازگار با محیط زیست مورد مطالعه قرار داده‌اند. پیامدهای بلندمدت این توسعه می تواند شامل افزایش تحقیقات در مورد فناوری های جذب کربن و استفاده از هوش مصنوعی برای دستکاری رشد باکتری ها باشد.

    زمینه باکتری ها و CO2

    روش های مختلفی برای حذف دی اکسید کربن (CO2) از هوا وجود دارد. با این حال، جداسازی جریان کربن از سایر گازها و آلاینده ها پرهزینه است. راه حل پایدار تر، کشت باکتری هایی مانند جلبک ها است که از طریق فتوسنتز با مصرف CO2، آب و نور خورشید انرژی تولید می کنند. دانشمندان در حال آزمایش راه هایی برای تبدیل این انرژی به سوخت های زیستی بوده اند. 

    در سال 2007، محلول‌های CO2 در شهر کبک کانادا، نوعی از باکتری E. coli را با مهندسی ژنتیک ایجاد کرد که آنزیم‌هایی را برای خوردن کربن و تبدیل آن به بی‌کربنات تولید کرد که بی‌ضرر است. این کاتالیزور بخشی از یک سیستم بیوراکتور است که ممکن است برای جذب انتشار گازهای گلخانه‌ای از نیروگاه‌هایی که از سوخت‌های فسیلی استفاده می‌کنند، گسترش یابد.

    از آن زمان، فناوری و تحقیقات پیشرفت کرده است. در سال 2019، شرکت آمریکایی Hypergiant Industries Eos Bioreactor را ایجاد کرد. ابعاد این گجت 3×3×7 فوت (90×90×210 سانتی متر) است. در نظر گرفته شده است که در محیط‌های شهری قرار گیرد، جایی که کربن را از هوا جذب و جدا می‌کند در حالی که سوخت زیستی تمیزی تولید می‌کند که به طور بالقوه می‌تواند ردپای کربن یک ساختمان را کاهش دهد. 

    این راکتور از ریزجلبک‌ها، گونه‌ای به نام کلرلا ولگاریس استفاده می‌کند و گفته می‌شود که CO2 بسیار بیشتری نسبت به هر گیاه دیگری جذب می‌کند. جلبک ها در داخل یک سیستم لوله و مخزن درون گجت، پر از هوا و در معرض نور مصنوعی رشد می کنند و به گیاه آنچه برای رشد و تولید سوخت های زیستی برای جمع آوری نیاز دارد، می دهند. با توجه به صنایع Hypergiant، بیوراکتور Eos 400 برابر موثرتر از درختان در جذب کربن است. این ویژگی به دلیل نرم افزار یادگیری ماشینی است که بر فرآیند رشد جلبک، از جمله مدیریت نور، دما و سطوح pH برای حداکثر خروجی نظارت می کند.

    تاثیر مخرب

    مواد صنعتی مانند استون و ایزوپروپانول (IPA) دارای بازار جهانی بیش از 10 میلیارد دلار است. استون و ایزوپروپانول یک ضد عفونی کننده و ضد عفونی کننده هستند که به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند. این پایه یکی از دو فرمول ضدعفونی کننده توصیه شده توسط سازمان جهانی بهداشت (WHO) است که در برابر SARS-CoV-2 بسیار موثر است. استون همچنین حلال بسیاری از پلیمرها و الیاف مصنوعی، رزین پلی استر نازک کننده، تجهیزات تمیزکننده و پاک کننده لاک ناخن است. این مواد شیمیایی به دلیل تولید انبوه خود، برخی از بزرگترین انتشار دهنده های کربن هستند.

    در سال 2022، محققان دانشگاه نورث وسترن در ایلینوی با شرکت بازیافت کربن Lanza Tech همکاری کردند تا ببینند چگونه باکتری ها می توانند CO2 زباله را تجزیه کرده و آن را به مواد شیمیایی صنعتی با ارزش تبدیل کنند. محققان از ابزارهای زیست شناسی مصنوعی برای برنامه ریزی مجدد یک باکتری به نام Clostridium autoethanogenum (که در ابتدا در LanzaTech طراحی شده بود) استفاده کردند تا استون و IPA را از طریق تخمیر گاز پایدارتر کنند.

    این فناوری گازهای گلخانه ای را از جو حذف می کند و از سوخت های فسیلی برای تولید مواد شیمیایی استفاده نمی کند. تجزیه و تحلیل چرخه عمر این تیم نشان داد که پلت فرم کربن منفی، در صورت استفاده در مقیاس بزرگ، پتانسیل کاهش انتشار گازهای گلخانه ای را تا 160 درصد در مقایسه با روش های دیگر دارد. تیم‌های تحقیقاتی انتظار دارند که سویه‌های توسعه‌یافته و تکنیک تخمیر قادر به افزایش مقیاس باشند. دانشمندان همچنین ممکن است از این فرآیند برای فرموله کردن روش‌های سریع‌تر برای ایجاد سایر مواد شیمیایی ضروری استفاده کنند.

    پیامدهای باکتری و CO2

    پیامدهای گسترده تر استفاده از باکتری برای جذب CO2 ممکن است شامل موارد زیر باشد: 

    • شرکت‌هایی در صنایع سنگین مختلف، با شرکت‌های علوم زیستی قرارداد می‌بندند تا جلبک‌هایی را مهندسی کنند که می‌توانند برای مصرف و تبدیل مواد شیمیایی و مواد زائد خاص از کارخانه‌های تولید، هم برای کاهش تولید CO2/آلودگی و هم برای ایجاد محصولات جانبی ضایعات سودآور، متخصص شوند. 
    • تحقیقات بیشتر و بودجه برای راه حل های طبیعی برای جذب انتشار کربن.
    • برخی از شرکت‌های تولیدی با شرکت‌های فناوری جذب کربن برای انتقال به فناوری‌های سبز و دریافت تخفیف‌های مالیاتی کربن مشارکت می‌کنند.
    • استارت‌آپ‌ها و سازمان‌های بیشتری با تمرکز بر ترسیب کربن از طریق فرآیندهای بیولوژیکی، از جمله بارورسازی آهن اقیانوس‌ها و جنگل‌کاری.
    • استفاده از فناوری‌های یادگیری ماشین برای ساده‌سازی رشد باکتری‌ها و بهینه‌سازی خروجی.
    • همکاری دولت ها با مؤسسات تحقیقاتی برای یافتن باکتری های جذب کننده کربن دیگر تا سال 2050 به تعهدات صفر خالص خود عمل کنند.

    سوالاتی که باید در نظر گرفته شود

    • مزایای بالقوه دیگر استفاده از راه حل های طبیعی برای رسیدگی به انتشار کربن چیست؟
    • کشور شما چگونه به انتشار کربن خود رسیدگی می کند؟