Baktériumok és CO2: A szénevő baktériumok erejének kihasználása

• Szerző:
• Szerző neve

  Quantumrun Foresight
• December 1, 2022

Insight összefoglaló

Az algák szén-elnyelő képessége az egyik legértékesebb eszköz lehet a klímaváltozás mérséklésében. A tudósok régóta tanulmányozzák ezt a természetes folyamatot, hogy csökkentsék az üvegházhatású gázok kibocsátását és környezetbarát bioüzemanyagokat hozzanak létre. Ennek a fejlesztésnek a hosszú távú következményei közé tartozhat a szén-dioxid-leválasztási technológiákkal kapcsolatos fokozott kutatás és a mesterséges intelligencia alkalmazása a baktériumok növekedésének manipulálására.

Baktériumok és CO2 kontextus

Számos módszer létezik a szén-dioxid (CO2) levegőből való eltávolítására; azonban a szénáram elkülönítése más gázoktól és szennyező anyagoktól költséges. A fenntarthatóbb megoldás a baktériumok, például algák tenyésztése, amelyek fotoszintézis útján CO2, víz és napfény elfogyasztásával energiát termelnek. A tudósok olyan módszerekkel kísérleteztek, amelyekkel ezt az energiát bioüzemanyaggá alakíthatják át. 

2007-ben a kanadai Quebec City CO2 Solutions egy genetikailag módosított típusú E. coli baktériumot hozott létre, amely enzimeket termel a szén elfogyasztásához, és azt hidrogén-karbonáttá alakítja, ami ártalmatlan. A katalizátor egy bioreaktor rendszer része, amelyet ki lehet terjeszteni a fosszilis tüzelőanyagokat használó erőművek kibocsátásának megkötésére.

Azóta a technológia és a kutatás fejlődött. 2019-ben az amerikai Hypergiant Industries cég létrehozta az Eos Bioreaktort. A kütyü 3 x 3 x 7 láb (90 x 90 x 210 cm) méretű. Városi környezetben való elhelyezésre tervezték, ahol megköti és megköti a levegőből származó szenet, miközben tiszta bioüzemanyagokat állít elő, amelyek potenciálisan csökkenthetik az épület szénlábnyomát. 

A reaktor mikroalgákat, egy Chlorella Vulgaris néven ismert fajt használ, és állítólag sokkal több CO2-t nyel el, mint bármely más növény. Az algák egy csőrendszerben és a készüléken belüli tartályban nőnek, levegővel megtöltve és mesterséges fénynek kitéve, így biztosítva a növénynek azt, amire szüksége van a növekedéshez és a gyűjtéshez szükséges bioüzemanyag előállításához. A Hypergiant Industries szerint az Eos Bioreaktor 400-szor hatékonyabb a szén megkötésében, mint a fák. Ez a funkció a gépi tanulási szoftvernek köszönhető, amely felügyeli az algatermesztési folyamatot, beleértve a fény-, hőmérséklet- és pH-szintek kezelését a maximális teljesítmény érdekében.

Bomlasztó hatás

Az ipari anyagok, például az aceton és az izopropanol (IPA) teljes globális piaca több mint 10 milliárd USD. Az aceton és az izopropanol széles körben használt fertőtlenítő és fertőtlenítőszer. Ez az alapja az Egészségügyi Világszervezet (WHO) által javasolt két fertőtlenítő készítmény egyikének, amelyek rendkívül hatékonyak a SARS-CoV-2 ellen. Az aceton emellett számos polimer és szintetikus szál, hígító poliészter gyanta, tisztítóberendezés és körömlakklemosó oldószere. Tömeges gyártásuk miatt ezek a vegyszerek a legnagyobb szén-dioxid-kibocsátók közé tartoznak.

2022-ben az illinoisi Northwestern Egyetem kutatói együttműködtek a szén-újrahasznosító Lanza Tech céggel, hogy kiderítsék, hogyan képesek a baktériumok lebontani a hulladék CO2-t és értékes ipari vegyi anyagokká alakítani. A kutatók szintetikus biológiai eszközöket használtak egy baktérium, a Clostridium autoethanogenum (eredetileg a LanzaTechnél) újraprogramozására, hogy az acetont és az IPA-t gázfermentációval fenntarthatóbbá tegyék.

Ez a technológia kiküszöböli az üvegházhatású gázokat a légkörből, és nem használ fosszilis tüzelőanyagokat vegyi anyagok előállításához. A csapat életciklus-elemzése kimutatta, hogy a szén-negatív platform, ha nagy léptékben alkalmazzák, 160 százalékkal képes csökkenteni az üvegházhatású gázok kibocsátását más módszerekkel összehasonlítva. A kutatócsoportok arra számítanak, hogy a kifejlesztett törzseket és fermentációs technikát tovább tudják majd bővíteni. A tudósok az eljárást arra is használhatják, hogy gyorsabb eljárásokat dolgozzanak ki más alapvető vegyi anyagok előállításához.

A baktériumok és a CO2 hatásai

A baktériumok CO2 megkötésére való felhasználásának szélesebb körű következményei lehetnek: 

• Különféle nehéziparban tevékenykedő vállalatok szerződtetnek biotudományi cégekkel olyan algák biomérnöki fejlesztését, amelyek specializálódhatnak a gyártóüzemekből származó specifikus vegyi hulladékok és anyagok felhasználására és átalakítására, mind a CO2/szennyezés-kibocsátás csökkentése, mind a nyereséges hulladék melléktermékek létrehozása érdekében. 
• Több kutatás és finanszírozás a szén-dioxid-kibocsátás megkötésére szolgáló természetes megoldásokhoz.
• Egyes gyártó vállalatok szén-dioxid-lekötő technológiai cégekkel partneri viszonyban állnak a zöld technológiákra való átállás és a szén-dioxid-adó-visszatérítések beszedése érdekében.
• Több startup és szervezet foglalkozik a szén-dioxid-megkötéssel biológiai folyamatokon keresztül, beleértve az óceáni vastrágyázást és az erdősítést.
• Gépi tanulási technológiák használata a baktériumok növekedésének ésszerűsítésére és a kimenet optimalizálására.
• Kutatóintézetekkel együttműködő kormányok, hogy más szén-lekötő baktériumokat találjanak, amelyek 2050-ig teljesíthetik nettó nulla vállalásaikat.

Megfontolandó kérdések

• Milyen egyéb lehetséges előnyökkel jár a szén-dioxid-kibocsátás csökkentésére irányuló természetes megoldások alkalmazása?
• Hogyan kezeli országa szén-dioxid-kibocsátását?