חיידקים ו-CO2: ניצול כוחם של חיידקים אוכלי פחמן

• מְחַבֵּר:
• שם היוצר

  Quantumrun Foresight
• דצמבר 1, 2022

סיכום תובנה

יכולות ספיגת הפחמן של אצות עשויות להיות אחד הכלים החשובים ביותר בהפחתת שינויי אקלים. מדענים חקרו זמן רב את התהליך הטבעי הזה כדי להפחית את פליטת גזי חממה וליצור דלק ביולוגי ידידותי לסביבה. ההשלכות ארוכות הטווח של פיתוח זה עשויות לכלול מחקר מוגבר על טכנולוגיות לכידת פחמן ושימוש בבינה מלאכותית כדי לתמרן את צמיחת החיידקים.

הקשר של חיידקים ו-CO2

קיימות מספר שיטות להסרת פחמן דו חמצני (CO2) מהאוויר; עם זאת, הפרדת זרם הפחמן מגזים ומזהמים אחרים היא יקרה. הפתרון הבר-קיימא יותר הוא טיפוח חיידקים, כמו אצות, המייצרות אנרגיה באמצעות פוטוסינתזה על ידי צריכת CO2, מים ואור שמש. מדענים ערכו ניסויים בדרכים להפוך את האנרגיה הזו לדלק ביולוגי. 

בשנת 2007, פתרונות CO2 של קוויבק סיטי בקנדה יצרו סוג מהונדס גנטית של חיידקי E. coli המייצרים אנזימים כדי לאכול פחמן ולהפוך אותו לביקרבונט, שאינו מזיק. הזרז הוא חלק ממערכת ביוריאקטור שעשויה להיות מורחבת כדי ללכוד פליטות מתחנות כוח המשתמשות בדלק מאובנים.

מאז, הטכנולוגיה והמחקר התקדמו. בשנת 2019, חברת Hypergiant Industries האמריקאית יצרה את Eos Bioreactor. הגאדג'ט הוא בגודל 3 x 3 x 7 רגל (90 x 90 x 210 ס"מ). הוא נועד להיות ממוקם בסביבה עירונית שבה הוא לוכד ותופס פחמן מהאוויר תוך ייצור דלק ביולוגי נקי שיכול להפחית את טביעת הרגל הפחמנית של בניין. 

הכור משתמש במיקרו-אצות, מין המכונה Chlorella Vulgaris, ונאמר שהוא סופג הרבה יותר CO2 מכל צמח אחר. האצות גדלות בתוך מערכת צינורות ומאגר בתוך הגאדג'ט, מלאות באוויר וחשופות לאור מלאכותי, מה שנותן לצמח את מה שהוא צריך כדי לגדול ולייצר דלק ביולוגי לאיסוף. לפי Hypergiant Industries, ה-Eos Bioreactor יעיל פי 400 בלכידת פחמן מאשר עצים. תכונה זו נובעת מתוכנת למידת מכונה המפקחת על תהליך גידול האצות, כולל ניהול אור, טמפרטורות ורמות pH לתפוקה מקסימלית.

השפעה משבשת

לחומרים תעשייתיים, כמו אצטון ואיזופרופנול (IPA), יש שוק גלובלי כולל של למעלה מ-10 מיליארד דולר. אצטון ואיזופרופנול הם חומר חיטוי וחיטוי שנמצא בשימוש נרחב. זהו הבסיס לאחת משתי תכשירי החיטוי המומלצים של ארגון הבריאות העולמי (WHO), אשר יעילים מאוד נגד SARS-CoV-2. אצטון הוא גם ממס לפולימרים רבים וסיבים סינתטיים, שרף פוליאסטר דליל, ציוד ניקוי ומסיר לק. בגלל הייצור בתפזורת שלהם, כימיקלים אלה הם חלק מפולטי הפחמן הגדולים ביותר.

בשנת 2022, חוקרים מאוניברסיטת נורת'ווסטרן באילינוי שיתפו פעולה עם חברת מיחזור הפחמן Lanza Tech כדי לראות כיצד חיידקים יכולים לפרק פסולת CO2 ולהפוך אותה לכימיקלים תעשייתיים יקרי ערך. החוקרים השתמשו בכלי ביולוגיה סינתטיים כדי לתכנת מחדש חיידק, Clostridium autoethanogenum (תוכנן במקור ב- LanzaTech), כדי לייצר אצטון ו-IPA באופן בר-קיימא יותר באמצעות תסיסת גז.

טכנולוגיה זו מסלקת גזי חממה מהאטמוספרה ואינה משתמשת בדלק מאובנים ליצירת כימיקלים. ניתוח מחזור החיים של הצוות הראה כי לפלטפורמת הפחמן השלילי, אם היא מאומצת בקנה מידה גדול, יש פוטנציאל להפחית את פליטת גזי החממה ב-160 אחוז בהשוואה לשיטות אחרות. צוותי המחקר מצפים שהזנים המפותחים וטכניקת התסיסה יוכלו להתרחב. מדענים עשויים גם להשתמש בתהליך כדי לגבש נהלים מהירים יותר ליצירת כימיקלים חיוניים אחרים.

השלכות של חיידקים ו-CO2

השלכות רחבות יותר של שימוש בחיידקים ללכידת CO2 עשויות לכלול: 

• חברות בתעשיות כבדות מגוונות המתקשרות עם חברות ביו-מדעיות להנדסת אצות שניתן להתמחות בהן כדי לצרוך ולהמיר פסולת כימיקלים וחומרים ספציפיים ממפעלי ייצור, הן כדי להפחית את תפוקת ה-CO2/זיהום והן כדי ליצור תוצרי לוואי רווחיים של פסולת. 
• עוד מחקר ומימון לפתרונות טבעיים ללכידת פליטת פחמן.
• חברות ייצור מסוימות משתפות פעולה עם חברות טכנולוגיה ללכידת פחמן כדי לעבור לטכנולוגיות ירוקות ולגבות הנחות במס פחמן.
• עוד סטארטאפים וארגונים המתמקדים בקיבוע פחמן באמצעות תהליכים ביולוגיים, כולל הפריית ברזל באוקיינוס ​​וייעור.
• השימוש בטכנולוגיות למידת מכונה כדי לייעל את צמיחת החיידקים ולייעל את התפוקה.
• ממשלות משתפות פעולה עם מוסדות מחקר כדי למצוא חיידקים אחרים לוכדי פחמן כדי למלא את ההבטחות שלהם לאפס עד 2050.

שאלות שכדאי לקחת בחשבון

• מהם היתרונות הפוטנציאליים הנוספים של שימוש בפתרונות טבעיים לטיפול בפליטת פחמן?
• איך המדינה שלך מתמודדת עם פליטת הפחמן שלה?