Quantumrun

ATTĒLA KREDĪTS:

iStock

Baktērijas un CO2: oglekli ēdošo baktēriju spēka izmantošana

Zinātnieki izstrādā procesus, kas mudina baktērijas absorbēt vairāk oglekļa emisiju no vides.

Autors:
Autors nosaukums
Quantumrun Foresight
Decembris 1, 2022

Ieskata kopsavilkums

Aļģu oglekļa absorbcijas spējas varētu būt viens no vērtīgākajiem instrumentiem klimata pārmaiņu mazināšanā. Zinātnieki jau sen ir pētījuši šo dabisko procesu, lai samazinātu siltumnīcefekta gāzu emisijas un radītu videi draudzīgu biodegvielu. Šīs attīstības ilgtermiņa sekas varētu ietvert pastiprinātu pētījumu par oglekļa uztveršanas tehnoloģijām un mākslīgā intelekta izmantošanu, lai manipulētu ar baktēriju augšanu.

Baktērijas un CO2 konteksts

Ir vairākas metodes oglekļa dioksīda (CO2) izvadīšanai no gaisa; tomēr oglekļa plūsmas atdalīšana no citām gāzēm un piesārņotājiem ir dārga. Ilgtspējīgāks risinājums ir kultivēt baktērijas, piemēram, aļģes, kas ražo enerģiju fotosintēzes ceļā, patērējot CO2, ūdeni un saules gaismu. Zinātnieki ir eksperimentējuši ar veidiem, kā pārveidot šo enerģiju biodegvielā.

2007. gadā Kanādas Kvebekas pilsētas CO2 risinājumi radīja ģenētiski modificētu E. coli baktēriju veidu, kas ražo fermentus, lai ēst oglekli un pārvērstu to bikarbonātā, kas ir nekaitīgs. Katalizators ir daļa no bioreaktora sistēmas, kuru var paplašināt, lai uztvertu emisijas no spēkstacijām, kurās izmanto fosilo kurināmo.

Kopš tā laika tehnoloģija un pētniecība ir attīstījušās. 2019. gadā ASV uzņēmums Hypergiant Industries izveidoja Eos Bioreaktoru. Sīkrīka izmērs ir 3 x 3 x 7 pēdas (90 x 90 x 210 cm). To ir paredzēts novietot pilsētas apstākļos, kur tas uztver un piesaista oglekli no gaisa, vienlaikus ražojot tīru biodegvielu, kas potenciāli var samazināt ēkas oglekļa pēdas nospiedumu.

Reaktorā tiek izmantotas mikroaļģes, suga, kas pazīstama kā Chlorella Vulgaris, un tiek uzskatīts, ka tā absorbē daudz vairāk CO2 nekā jebkurš cits augs. Aļģes aug cauruļu sistēmā un sīkrīka rezervuārā, piepildītas ar gaisu un pakļautas mākslīgai gaismai, nodrošinot augam to, kas nepieciešams, lai tas augtu un ražotu biodegvielu savākšanai. Saskaņā ar Hypergiant Industries datiem Eos Bioreaktors ir 400 reizes efektīvāks oglekļa uztveršanā nekā koki. Šo funkciju nodrošina mašīnmācīšanās programmatūra, kas pārrauga aļģu audzēšanas procesu, tostarp gaismas, temperatūras un pH līmeņa pārvaldību, lai nodrošinātu maksimālu jaudu.

Traucējoša ietekme

Rūpniecisko materiālu, piemēram, acetona un izopropanola (IPA), kopējais globālais tirgus pārsniedz USD 10 miljardus. Acetons un izopropanols ir plaši izmantots dezinfekcijas un antiseptisks līdzeklis. Tas ir pamats vienam no Pasaules Veselības organizācijas (PVO) diviem ieteiktajiem dezinfekcijas līdzekļiem, kas ir ļoti efektīvi pret SARS-CoV-2. Acetons ir arī šķīdinātājs daudziem polimēriem un sintētiskām šķiedrām, poliestera sveķu atšķaidīšanai, tīrīšanas aprīkojumam un nagu lakas noņēmējam. Lielapjoma ražošanas dēļ šīs ķīmiskās vielas ir vienas no lielākajām oglekļa emisijām.

2022. gadā pētnieki no Ilinoisas Ziemeļrietumu universitātes sadarbojās ar oglekļa pārstrādes uzņēmumu Lanza Tech, lai noskaidrotu, kā baktērijas var sadalīt CO2 atkritumus un pārvērst tos vērtīgās rūpnieciskās ķīmiskās vielās. Pētnieki izmantoja sintētiskās bioloģijas rīkus, lai pārprogrammētu baktēriju Clostridium autoethanogenum (sākotnēji izstrādāts uzņēmumā LanzaTech), lai ar gāzes fermentāciju padarītu acetonu un IPA ilgtspējīgākus.

Šī tehnoloģija novērš siltumnīcefekta gāzes no atmosfēras un neizmanto fosilo kurināmo, lai radītu ķīmiskas vielas. Komandas dzīves cikla analīze parādīja, ka oglekļa negatīvā platforma, ja tā tiek pieņemta plašā mērogā, var samazināt siltumnīcefekta gāzu emisijas par 160 procentiem salīdzinājumā ar citām metodēm. Pētnieku grupas sagaida, ka izstrādātie celmi un fermentācijas tehnika varēs paplašināties. Zinātnieki varētu arī izmantot šo procesu, lai formulētu ātrākas procedūras citu būtisku ķīmisku vielu radīšanai.

Baktēriju un CO2 ietekme

Plašāka baktēriju izmantošana CO2 uztveršanai var ietvert:

Uzņēmumi dažādās smagajās nozarēs, kas slēdz līgumus ar biozinātņu firmām, lai izstrādātu aļģes, kuras var specializēties, lai patērētu un pārveidotu konkrētas atkritumu ķīmiskās vielas un materiālus no ražotnēm, lai samazinātu CO2/piesārņojuma izlaidi un radītu ienesīgus atkritumu blakusproduktus.
Vairāk pētījumu un finansējuma dabiskiem risinājumiem oglekļa emisiju uztveršanai.
Daži ražošanas uzņēmumi sadarbojas ar oglekļa uztveršanas tehnoloģiju uzņēmumiem, lai pārietu uz zaļajām tehnoloģijām un iekasētu oglekļa nodokļa atlaides.
Vairāk jaunuzņēmumu un organizāciju, kas koncentrējas uz oglekļa sekvestrāciju, izmantojot bioloģiskos procesus, tostarp okeāna dzelzs mēslojumu un apmežošanu.
Mašīnmācīšanās tehnoloģiju izmantošana, lai racionalizētu baktēriju augšanu un optimizētu izlaidi.
Valdības, kas sadarbojas ar pētniecības iestādēm, lai atrastu citas oglekļa uztveršanas baktērijas, kas līdz 2050. gadam varētu izpildīt savas neto nulles solījumus.