Bakterije in CO2: Izkoriščanje moči bakterij, ki jedo ogljik

• Avtor:
• ime avtorja

  Quantumrun Foresight
• December 1, 2022

Povzetek vpogleda

Sposobnost alg za absorpcijo ogljika bi lahko bila eno najdragocenejših orodij za blažitev podnebnih sprememb. Znanstveniki že dolgo preučujejo ta naravni proces, da bi zmanjšali emisije toplogrednih plinov in ustvarili okolju prijazna biogoriva. Dolgoročne posledice tega razvoja bi lahko vključevale povečane raziskave tehnologij zajemanja ogljika in uporabo umetne inteligence za manipulacijo rasti bakterij.

Kontekst bakterij in CO2

Obstaja več metod za odstranjevanje ogljikovega dioksida (CO2) iz zraka; vendar je ločevanje toka ogljika od drugih plinov in onesnaževal drago. Bolj trajnostna rešitev je gojenje bakterij, kot so alge, ki proizvajajo energijo s fotosintezo s porabo CO2, vode in sončne svetlobe. Znanstveniki so eksperimentirali z načini, kako to energijo pretvoriti v biogoriva. 

Leta 2007 je kanadsko podjetje Quebec City's CO2 Solutions ustvarilo gensko spremenjeno vrsto bakterije E. coli, ki proizvaja encime za uživanje ogljika in njegovo pretvorbo v bikarbonat, ki je neškodljiv. Katalizator je del bioreaktorskega sistema, ki ga je mogoče razširiti na zajemanje emisij iz elektrarn, ki uporabljajo fosilna goriva.

Od takrat so tehnologija in raziskave napredovale. Leta 2019 je ameriško podjetje Hypergiant Industries ustvarilo bioreaktor Eos. Pripomoček je velik 3 x 3 x 7 čevljev (90 x 90 x 210 cm). Namenjen je za namestitev v urbanih okoljih, kjer zajema in sekvestrira ogljik iz zraka, hkrati pa proizvaja čista biogoriva, ki lahko zmanjšajo ogljični odtis stavbe. 

Reaktor uporablja mikroalge, vrsto, znano kot Chlorella Vulgaris, in naj bi absorbirale veliko več CO2 kot katera koli druga rastlina. Alge rastejo znotraj cevnega sistema in rezervoarja v pripomočku, napolnjene z zrakom in izpostavljene umetni svetlobi, kar daje rastlini tisto, kar potrebuje za rast in proizvodnjo biogoriv za zbiranje. Po podatkih Hypergiant Industries je bioreaktor Eos 400-krat bolj učinkovit pri zajemanju ogljika kot drevesa. Ta funkcija je posledica programske opreme za strojno učenje, ki nadzira proces gojenja alg, vključno z upravljanjem svetlobe, temperatur in ravni pH za največji izkoristek.

Moteč vpliv

Skupni svetovni trg industrijskih materialov, kot sta aceton in izopropanol (IPA), znaša več kot 10 milijard USD. Aceton in izopropanol sta razkužila in antiseptika, ki se pogosto uporabljata. Je osnova za eno od dveh priporočenih formulacij razkužil Svetovne zdravstvene organizacije (WHO), ki sta zelo učinkovita proti SARS-CoV-2. Aceton je tudi topilo za številne polimere in sintetična vlakna, poliestrsko smolo za redčenje, čistilno opremo in odstranjevalec laka za nohte. Zaradi množične proizvodnje so te kemikalije med največjimi onesnaževalci ogljika.

Leta 2022 so raziskovalci z univerze Northwestern v Illinoisu sodelovali s podjetjem za recikliranje ogljika Lanza Tech, da bi ugotovili, kako lahko bakterije razgradijo odpadni CO2 in ga spremenijo v dragocene industrijske kemikalije. Raziskovalci so uporabili orodja sintetične biologije za reprogramiranje bakterije Clostridium autoethanogenum (prvotno zasnovane pri LanzaTechu), da sta aceton in IPA postala bolj trajnostna s pomočjo plinske fermentacije.

Ta tehnologija odpravlja toplogredne pline iz ozračja in ne uporablja fosilnih goriv za ustvarjanje kemikalij. Analiza življenjskega cikla ekipe je pokazala, da lahko ogljično negativna platforma, če jo sprejmemo v velikem obsegu, zmanjša emisije toplogrednih plinov za 160 odstotkov v primerjavi z drugimi metodami. Raziskovalne skupine pričakujejo, da se bodo razviti sevi in ​​tehnika fermentacije lahko povečali. Znanstveniki bi lahko postopek uporabili tudi za oblikovanje hitrejših postopkov za ustvarjanje drugih bistvenih kemikalij.

Posledice bakterij in CO2

Širše posledice uporabe bakterij za zajemanje CO2 lahko vključujejo: 

• Podjetja v različnih težkih panogah sklepajo pogodbe z bioznanstvenimi podjetji za bioinženirske alge, ki jih je mogoče specializirati za porabo in pretvorbo specifičnih odpadnih kemikalij in materialov iz proizvodnih obratov, tako za zmanjšanje emisij CO2/onesnaževanja kot za ustvarjanje donosnih stranskih produktov odpadkov. 
• Več raziskav in financiranja naravnih rešitev za zajemanje emisij ogljika.
• Nekatera proizvodna podjetja sodelujejo s tehnološkimi podjetji za zajemanje ogljika pri prehodu na zelene tehnologije in zbirajo rabate davka na ogljik.
• Več zagonskih podjetij in organizacij, ki se osredotočajo na sekvestracijo ogljika z biološkimi procesi, vključno z gnojenjem oceanskega železa in pogozdovanjem.
• Uporaba tehnologij strojnega učenja za racionalizacijo rasti bakterij in optimizacijo proizvodnje.
• Vlade sodelujejo z raziskovalnimi ustanovami pri iskanju drugih bakterij, ki zajemajo ogljik, da bi do leta 2050 izpolnile svoje neto ničelne obljube.

Vprašanja, ki jih je treba upoštevati

• Katere so druge možne koristi uporabe naravnih rešitev za reševanje emisij ogljika?
• Kako se vaša država spopada z emisijami ogljika?