Bakteerit ja CO2: Hiiltä syövien bakteerien voiman hyödyntäminen

KUVAKrediitti:
Kuva pistetilanne
iStock

Bakteerit ja CO2: Hiiltä syövien bakteerien voiman hyödyntäminen

Bakteerit ja CO2: Hiiltä syövien bakteerien voiman hyödyntäminen

Alaotsikon teksti
Tutkijat kehittävät prosesseja, jotka kannustavat bakteereja absorboimaan enemmän hiilidioksidipäästöjä ympäristöstä.
    • Kirjoittaja:
    • tekijän nimi
      Quantumrun Foresight
    • Joulukuu 1, 2022

    Havainnon yhteenveto

    Levien hiiltä sitovat kyvyt voivat olla yksi arvokkaimmista välineistä ilmastonmuutoksen hillitsemisessä. Tiedemiehet ovat pitkään tutkineet tätä luonnollista prosessia kasvihuonekaasupäästöjen vähentämiseksi ja ympäristöystävällisten biopolttoaineiden luomiseksi. Tämän kehityksen pitkän aikavälin seurauksiin voisi kuulua lisääntynyt tutkimus hiilidioksidin talteenottotekniikoista ja tekoälyn käyttö bakteerien kasvun manipuloimiseksi.

    Bakteerit ja CO2-konteksti

    On olemassa useita menetelmiä hiilidioksidin (CO2) poistamiseksi ilmasta; hiilivirran erottaminen muista kaasuista ja epäpuhtauksista on kuitenkin kallista. Kestävämpi ratkaisu on viljellä bakteereja, kuten leviä, jotka tuottavat energiaa fotosynteesin kautta kuluttamalla hiilidioksidia, vettä ja auringonvaloa. Tiedemiehet ovat kokeilleet tapoja muuttaa tämä energia biopolttoaineiksi. 

    Kanadalainen Quebec Cityn CO2007 Solutions loi vuonna 2 geneettisesti muunnetun E. coli -bakteerin, joka tuottaa entsyymejä syömään hiiltä ja muuttamaan sen vaarattomaksi bikarbonaatiksi. Katalyytti on osa bioreaktorijärjestelmää, jota voidaan laajentaa ottamaan talteen fossiilisia polttoaineita käyttävien voimalaitosten päästöt.

    Sen jälkeen teknologia ja tutkimus ovat kehittyneet. Vuonna 2019 yhdysvaltalainen yritys Hypergiant Industries loi Eos Bioreaktorin. Laite on kooltaan 3 x 3 x 7 jalkaa (90 x 90 x 210 cm). Se on tarkoitettu sijoitettavaksi kaupunkiympäristöön, jossa se kerää ja sitoo hiiltä ilmasta ja tuottaa samalla puhtaita biopolttoaineita, jotka voivat mahdollisesti pienentää rakennuksen hiilijalanjälkeä. 

    Reaktorissa käytetään mikroleviä, Chlorella Vulgarisina tunnettua lajia, ja sen sanotaan absorboivan paljon enemmän hiilidioksidia kuin minkään muun kasvin. Levät kasvavat putkijärjestelmässä ja vempaimen sisällä olevassa säiliössä, täytettynä ilmalla ja altistettuna keinovalolle, antaen kasville sen, mitä se tarvitsee kasvaakseen ja tuottaakseen biopolttoaineita keräystä varten. Hypergiant Industriesin mukaan Eos-bioreaktori sitoo hiiltä 2 kertaa tehokkaammin kuin puut. Tämä ominaisuus johtuu koneoppimisohjelmistosta, joka valvoo levien kasvatusprosessia, mukaan lukien valon, lämpötilojen ja pH-tasojen hallinta maksimaalisen tehon saavuttamiseksi.

    Häiritsevä vaikutus

    Teollisuusmateriaalien, kuten asetonin ja isopropanolin (IPA), maailmanlaajuiset kokonaismarkkinat ovat yli 10 miljardia dollaria. Asetoni ja isopropanoli ovat desinfiointi- ja antiseptisiä aineita, joita käytetään laajalti. Se on perusta yhdelle Maailman terveysjärjestön (WHO) kahdesta suosittelemasta desinfiointiaineformulaatiosta, jotka ovat erittäin tehokkaita SARS-CoV-2:ta vastaan. Asetoni on myös liuotin monille polymeereille ja synteettisille kuiduille, ohentaville polyesterihartsille, puhdistusvälineille ja kynsilakanpoistoaineelle. Irtotavaratuotantonsa vuoksi nämä kemikaalit ovat suurimpia hiilidioksidipäästöjä.

    Vuonna 2022 Illinoisin Northwestern Universityn tutkijat tekivät yhteistyötä hiilenkierrätysyrityksen Lanza Techin kanssa selvittääkseen, kuinka bakteerit voivat hajottaa jätteen hiilidioksidin ja muuttaa sen arvokkaiksi teollisuuskemikaaleiksi. Tutkijat käyttivät synteettisiä biologian työkaluja ohjelmoidakseen uudelleen bakteerin, Clostridium autoethanogenumin (alunperin LanzaTechissä suunniteltu), tehdäkseen asetonista ja IPA:sta kestävämpiä kaasukäymisen avulla.

    Tämä tekniikka eliminoi kasvihuonekaasut ilmakehästä eikä käytä fossiilisia polttoaineita kemikaalien luomiseen. Ryhmän elinkaarianalyysi osoitti, että hiilinegatiivinen alusta, jos se otetaan käyttöön suuressa mittakaavassa, voi vähentää kasvihuonekaasupäästöjä 160 prosenttia muihin menetelmiin verrattuna. Tutkimusryhmät odottavat, että kehitetyt kannat ja fermentointitekniikka pystyvät laajenemaan. Tutkijat voivat myös käyttää prosessia nopeampien menettelyjen laatimiseen muiden olennaisten kemikaalien luomiseksi.

    Bakteerien ja CO2:n vaikutukset

    Laajemmat vaikutukset bakteerien käyttöön hiilidioksidin talteenottamiseen voivat sisältää: 

    • Yritykset eri raskaan teollisuuden aloilla, jotka tekevät sopimuksia biotieteiden yrityksiltä bioinsinöörien kehittämiseksi, jotka voidaan erikoistua kuluttamaan ja muuntamaan tiettyjä jätekemikaaleja ja -materiaaleja tuotantolaitoksista sekä vähentämään CO2-/saastetuotantoa että luomaan kannattavia jätteen sivutuotteita. 
    • Lisää tutkimusta ja rahoitusta luonnollisille ratkaisuille hiilidioksidipäästöjen talteenottamiseksi.
    • Jotkut tuotantoyritykset tekevät yhteistyötä hiilidioksidin talteenottoteknologiayritysten kanssa siirtyäkseen vihreään teknologiaan ja kerätäkseen hiilidioksidiveroalennuksia.
    • Lisää startuppeja ja organisaatioita, jotka keskittyvät hiilidioksidin sitomiseen biologisten prosessien kautta, mukaan lukien valtamerten rautalannoitus ja metsitys.
    • Koneoppimistekniikoiden käyttö virtaviivaistaa bakteerien kasvua ja optimoida tuotantoa.
    • Hallitukset tekevät yhteistyötä tutkimuslaitosten kanssa löytääkseen muita hiiltä sieppaavia bakteereja, jotka täyttävät nettonollalupauksensa vuoteen 2050 mennessä.

    Pohdittavia kysymyksiä

    • Mitä muita mahdollisia etuja on luonnollisten ratkaisujen käytöstä hiilidioksidipäästöjen vähentämisessä?
    • Miten maasi käsittelee hiilidioksidipäästöjään?

    Insight-viittauksia

    Tässä oivalluksessa viitattiin seuraaviin suosittuihin ja institutionaalisiin linkkeihin: