Бактерии и CO2: использование силы бактерий, поедающих углерод

• Автор:
• Имя автора

  Квантумран Форсайт
• 1 декабря 2022

Сводка статистики

Способность водорослей поглощать углерод может стать одним из наиболее ценных инструментов в смягчении последствий изменения климата. Ученые уже давно изучают этот природный процесс, чтобы сократить выбросы парниковых газов и создать экологически чистое биотопливо. Долгосрочные последствия этого развития могут включать расширение исследований в области технологий улавливания углерода и использование искусственного интеллекта для управления ростом бактерий.

Бактерии и контекст CO2

Существует несколько методов удаления углекислого газа (CO2) из ​​воздуха; однако отделение углеродного потока от других газов и загрязняющих веществ является дорогостоящим. Более рациональным решением является выращивание бактерий, таких как водоросли, которые производят энергию посредством фотосинтеза, потребляя CO2, воду и солнечный свет. Ученые экспериментировали со способами преобразования этой энергии в биотопливо. 

В 2007 году канадская компания Quebec City's CO2 Solutions создала генно-инженерный тип бактерий кишечной палочки, которые производят ферменты для поглощения углерода и превращения его в безвредный бикарбонат. Катализатор является частью биореакторной системы, которую можно расширить для улавливания выбросов электростанций, использующих ископаемое топливо.

С тех пор технологии и исследования продвинулись вперед. В 2019 году американская компания Hypergiant Industries создала биореактор Eos. Размер гаджета составляет 3 х 3 х 7 футов (90 х 90 х 210 см). Он предназначен для размещения в городских условиях, где он улавливает и улавливает углерод из воздуха, производя при этом чистое биотопливо, которое потенциально может уменьшить углеродный след здания. 

В реакторе используются микроводоросли, вид, известный как Chlorella Vulgaris, и говорят, что они поглощают гораздо больше CO2, чем любое другое растение. Водоросли растут внутри системы труб и резервуара внутри устройства, наполненного воздухом и подвергаемого искусственному освещению, что дает растению то, что ему нужно для роста и производства биотоплива для сбора. По данным Hypergiant Industries, биореактор Eos в 400 раз эффективнее улавливает углерод, чем деревья. Эта функция связана с программным обеспечением машинного обучения, которое наблюдает за процессом роста водорослей, включая управление светом, температурой и уровнем pH для максимальной производительности.

Разрушительное воздействие

Общий мировой рынок промышленных материалов, таких как ацетон и изопропанол (IPA), превышает 10 миллиардов долларов США. Ацетон и изопропанол являются широко используемыми дезинфицирующим и антисептическим средством. Это основа одного из двух рекомендованных Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ) составов дезинфицирующих средств, которые высокоэффективны против SARS-CoV-2. Ацетон также является растворителем для многих полимеров и синтетических волокон, разбавителя полиэфирной смолы, чистящего оборудования и жидкости для снятия лака с ногтей. Из-за их массового производства эти химические вещества являются одними из крупнейших источников выбросов углерода.

В 2022 году исследователи из Северо-Западного университета в Иллинойсе объединились с фирмой по переработке углерода Lanza Tech, чтобы узнать, как бактерии могут расщеплять отработанный CO2 и превращать его в ценные промышленные химикаты. Исследователи использовали инструменты синтетической биологии, чтобы перепрограммировать бактерию Clostridium autoethanogenum (первоначально разработанную в LanzaTech) для более устойчивого производства ацетона и IPA посредством газовой ферментации.

Эта технология устраняет парниковые газы из атмосферы и не использует ископаемое топливо для создания химических веществ. Анализ жизненного цикла команды показал, что углеродно-отрицательная платформа, если она будет принята в больших масштабах, может сократить выбросы парниковых газов на 160 процентов по сравнению с другими методами. Исследовательские группы ожидают, что разработанные штаммы и метод ферментации смогут масштабироваться. Ученые также могут использовать этот процесс, чтобы сформулировать более быстрые процедуры для создания других важных химических веществ.

Влияние бактерий и CO2

Более широкие последствия использования бактерий для улавливания CO2 могут включать: 

• Компании в различных отраслях тяжелой промышленности заключают контракты с бионаучными фирмами для биоинженерии водорослей, которые могут быть специализированы для потребления и преобразования конкретных отходов химических веществ и материалов с производственных предприятий, как для сокращения выбросов CO2/загрязнения, так и для создания прибыльных побочных продуктов отходов. 
• Больше исследований и финансирования естественных решений для улавливания выбросов углерода.
• Некоторые производственные компании сотрудничают с технологическими фирмами, занимающимися улавливанием углерода, для перехода на экологически чистые технологии и получения налоговых льгот на выбросы углерода.
• Больше стартапов и организаций, занимающихся связыванием углерода с помощью биологических процессов, включая удобрение океана железом и лесонасаждения.
• Использование технологий машинного обучения для ускорения роста бактерий и оптимизации производительности.
• Правительства сотрудничают с научно-исследовательскими институтами, чтобы найти другие бактерии, улавливающие углерод, чтобы выполнить свои обязательства по нулевому выбросу углерода к 2050 году.

Вопросы для рассмотрения

• Каковы другие потенциальные преимущества использования природных решений для сокращения выбросов углерода?
• Как ваша страна решает проблему выбросов углерода?