Bakterie i CO2: Wykorzystanie mocy bakterii pochłaniających węgiel

• Autor:
• nazwisko autora

  Foresight Quantumrun
• 1 grudnia 2022 r.

Podsumowanie spostrzeżeń

Zdolność glonów do pochłaniania dwutlenku węgla może być jednym z najcenniejszych narzędzi łagodzenia zmiany klimatu. Naukowcy od dawna badają ten naturalny proces redukcji emisji gazów cieplarnianych i tworzenia biopaliw przyjaznych dla środowiska. Długoterminowe konsekwencje tego rozwoju mogą obejmować wzmożenie badań nad technologiami wychwytywania dwutlenku węgla i wykorzystanie sztucznej inteligencji do manipulowania wzrostem bakterii.

Kontekst bakterii i CO2

Istnieje kilka metod usuwania dwutlenku węgla (CO2) z powietrza; jednakże oddzielanie strumienia węgla od innych gazów i zanieczyszczeń jest kosztowne. Bardziej zrównoważonym rozwiązaniem jest hodowla bakterii, takich jak glony, które wytwarzają energię w procesie fotosyntezy, zużywając CO2, wodę i światło słoneczne. Naukowcy eksperymentowali ze sposobami przekształcania tej energii w biopaliwa. 

W 2007 r. firma CO2 Solutions z Quebec City w Kanadzie stworzyła genetycznie zmodyfikowaną bakterię E. coli, która wytwarza enzymy pochłaniające węgiel i przekształcające go w nieszkodliwy wodorowęglan. Katalizator jest częścią systemu bioreaktora, który można rozbudować w celu wychwytywania emisji z elektrowni wykorzystujących paliwa kopalne.

Od tego czasu technologia i badania poszły do ​​przodu. W 2019 roku amerykańska firma Hypergiant Industries stworzyła bioreaktor Eos. Gadżet ma wymiary 3 x 3 x 7 stóp (90 x 90 x 210 cm). Ma być umieszczony w środowisku miejskim, gdzie wychwytuje i sekwestruje dwutlenek węgla z powietrza, jednocześnie wytwarzając czyste biopaliwa, które mogą potencjalnie zmniejszyć ślad węglowy budynku. 

Reaktor wykorzystuje mikroalgi, gatunek znany jako Chlorella Vulgaris, który pochłania znacznie więcej CO2 niż jakakolwiek inna roślina. Glony rosną w systemie rurek i zbiorniku w gadżecie, wypełnionym powietrzem i wystawionym na działanie sztucznego światła, dając roślinie to, czego potrzebuje do wzrostu i produkcji biopaliw do zbierania. Według Hypergiant Industries bioreaktor Eos jest 400 razy skuteczniejszy w wychwytywaniu węgla niż drzewa. Ta funkcja wynika z oprogramowania do uczenia maszynowego, które nadzoruje proces wzrostu glonów, w tym zarządza oświetleniem, temperaturami i poziomami pH w celu uzyskania maksymalnej wydajności.

Zakłócający wpływ

Materiały przemysłowe, takie jak aceton i izopropanol (IPA), mają łączny globalny rynek o wartości ponad 10 miliardów USD. Aceton i izopropanol są szeroko stosowanymi środkami dezynfekującymi i antyseptycznymi. Jest podstawą jednego z dwóch zalecanych przez Światową Organizację Zdrowia (WHO) preparatów środków dezynfekujących, które są wysoce skuteczne przeciwko SARS-CoV-2. Aceton jest również rozpuszczalnikiem wielu polimerów i włókien syntetycznych, rozcieńczającej żywicy poliestrowej, sprzętu czyszczącego i zmywacza do paznokci. Ze względu na masową produkcję chemikalia te są jednymi z największych emitentów dwutlenku węgla.

W 2022 roku naukowcy z Northwestern University w Illinois nawiązali współpracę z firmą zajmującą się recyklingiem dwutlenku węgla Lanza Tech, aby zobaczyć, w jaki sposób bakterie mogą rozkładać odpadowy CO2 i przekształcać go w cenne chemikalia przemysłowe. Naukowcy wykorzystali narzędzia biologii syntetycznej do przeprogramowania bakterii Clostridium autoethanogenum (pierwotnie zaprojektowanej w LanzaTech), aby aceton i IPA były bardziej zrównoważone poprzez fermentację gazową.

Ta technologia eliminuje gazy cieplarniane z atmosfery i nie wykorzystuje paliw kopalnych do tworzenia chemikaliów. Analiza cyklu życia przeprowadzona przez zespół wykazała, że ​​platforma neutralna pod względem emisji dwutlenku węgla, jeśli zostanie wdrożona na dużą skalę, może potencjalnie zmniejszyć emisję gazów cieplarnianych o 160 procent w porównaniu z innymi metodami. Zespoły badawcze spodziewają się, że opracowane szczepy i technika fermentacji będą mogły zwiększać skalę. Naukowcy mogą również wykorzystać ten proces do sformułowania szybszych procedur tworzenia innych niezbędnych chemikaliów.

Implikacje bakterii i CO2

Szersze implikacje wykorzystania bakterii do wychwytywania CO2 mogą obejmować: 

• Firmy z różnych gałęzi przemysłu ciężkiego zlecają firmom zajmującym się naukami biologicznymi bioinżynieryjne algi, które mogą specjalizować się w zużywaniu i przetwarzaniu określonych odpadowych chemikaliów i materiałów z zakładów produkcyjnych, zarówno w celu zmniejszenia emisji CO2/zanieczyszczeń, jak i tworzenia opłacalnych produktów ubocznych odpadów. 
• Więcej badań i funduszy na naturalne rozwiązania w zakresie wychwytywania emisji dwutlenku węgla.
• Niektóre firmy produkcyjne współpracują z firmami technologicznymi zajmującymi się wychwytywaniem dwutlenku węgla w celu przejścia na zielone technologie i pobierania ulg podatkowych od emisji dwutlenku węgla.
• Więcej startupów i organizacji skupiających się na sekwestracji dwutlenku węgla poprzez procesy biologiczne, w tym nawożenie oceanów żelazem i zalesianie.
• Wykorzystanie technologii uczenia maszynowego do usprawnienia wzrostu bakterii i optymalizacji wydajności.
• Rządy współpracujące z instytucjami badawczymi w celu znalezienia innych bakterii wychwytujących dwutlenek węgla, aby spełnić swoje zobowiązania do zerowej emisji netto do 2050 r.

Pytania do rozważenia

• Jakie są inne potencjalne korzyści płynące z zastosowania naturalnych rozwiązań w celu ograniczenia emisji dwutlenku węgla?
• Jak twój kraj radzi sobie z emisjami dwutlenku węgla?