แบคทีเรียและ CO2: ควบคุมพลังของแบคทีเรียที่กินคาร์บอน

• เขียนโดย:
• ชื่อผู้เขียน

  มองการณ์ไกลควอนตัมรัน
• December 1, 2022

สรุปข้อมูลเชิงลึก

ความสามารถในการดูดซับคาร์บอนของสาหร่ายอาจเป็นหนึ่งในเครื่องมือที่มีค่าที่สุดในการบรรเทาการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ นักวิทยาศาสตร์ได้ศึกษากระบวนการทางธรรมชาตินี้มานานแล้วเพื่อลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกและสร้างเชื้อเพลิงชีวภาพที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ผลกระทบระยะยาวของการพัฒนานี้อาจรวมถึงการวิจัยที่เพิ่มขึ้นเกี่ยวกับเทคโนโลยีการดักจับคาร์บอน และการใช้ปัญญาประดิษฐ์เพื่อควบคุมการเจริญเติบโตของแบคทีเรีย

บริบทของแบคทีเรียและ CO2

มีหลายวิธีในการกำจัดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ออกจากอากาศ อย่างไรก็ตาม การแยกกระแสคาร์บอนออกจากก๊าซและมลพิษอื่นๆ นั้นมีค่าใช้จ่ายสูง ทางออกที่ยั่งยืนกว่าคือการเพาะเลี้ยงแบคทีเรีย เช่น สาหร่าย ซึ่งผลิตพลังงานผ่านการสังเคราะห์ด้วยแสงโดยการบริโภค CO2 น้ำ และแสงแดด นักวิทยาศาสตร์ได้ทดลองหาวิธีเปลี่ยนพลังงานนี้เป็นเชื้อเพลิงชีวภาพ 

ในปี 2007 CO2 Solutions ของควิเบกซิตีของแคนาดาได้สร้างแบคทีเรีย E. coli ที่ได้รับการดัดแปลงพันธุกรรมซึ่งผลิตเอนไซม์เพื่อกินคาร์บอนและเปลี่ยนเป็นไบคาร์บอเนตซึ่งไม่เป็นอันตราย ตัวเร่งปฏิกิริยาเป็นส่วนหนึ่งของระบบปฏิกรณ์ชีวภาพที่อาจขยายเพื่อดักจับการปล่อยมลพิษจากโรงไฟฟ้าที่ใช้เชื้อเพลิงฟอสซิล

ตั้งแต่นั้นมาเทคโนโลยีและการวิจัยก็ก้าวหน้า ในปี 2019 บริษัท Hypergiant Industries ของสหรัฐฯ ได้สร้างเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพ Eos แกดเจ็ตมีขนาด 3 x 3 x 7 ฟุต (90 x 90 x 210 ซม.) มีวัตถุประสงค์เพื่อติดตั้งในพื้นที่เมืองซึ่งดักจับและแยกคาร์บอนจากอากาศในขณะที่ผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพที่สะอาดซึ่งสามารถลดรอยเท้าคาร์บอนของอาคารได้ 

เครื่องปฏิกรณ์ใช้สาหร่ายขนาดเล็ก ซึ่งเป็นสายพันธุ์ที่รู้จักกันในชื่อ Chlorella Vulgaris และกล่าวกันว่าสามารถดูดซับ CO2 ได้มากกว่าพืชชนิดอื่นๆ สาหร่ายเติบโตในระบบท่อและอ่างเก็บน้ำภายในแกดเจ็ต เติมอากาศและสัมผัสกับแสงประดิษฐ์ ทำให้พืชมีสิ่งที่ต้องการในการเจริญเติบโตและผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพสำหรับการรวบรวม จากข้อมูลของ Hypergiant Industries เครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพ Eos มีประสิทธิภาพในการดักจับคาร์บอนมากกว่าต้นไม้ถึง 400 เท่า ฟีเจอร์นี้เกิดจากซอฟต์แวร์แมชชีนเลิร์นนิงที่ดูแลกระบวนการเติบโตของสาหร่าย รวมถึงการจัดการแสง อุณหภูมิ และระดับ pH เพื่อให้ได้ผลผลิตสูงสุด

ผลกระทบก่อกวน

วัสดุอุตสาหกรรม เช่น อะซิโตนและไอโซโพรพานอล (IPA) มีตลาดรวมทั่วโลกมากกว่า 10 หมื่นล้านเหรียญสหรัฐ อะซิโตนและไอโซโพรพานอลเป็นสารฆ่าเชื้อและน้ำยาฆ่าเชื้อที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย เป็นพื้นฐานของหนึ่งใน 2 สูตรเจลทำความสะอาดที่แนะนำขององค์การอนามัยโลก (WHO) ซึ่งมีประสิทธิภาพสูงในการต่อต้าน SARS-CoV-XNUMX อะซิโตนยังเป็นตัวทำละลายสำหรับโพลิเมอร์และเส้นใยสังเคราะห์หลายชนิด โพลิเอสเทอร์เรซินที่ทำให้บางลง อุปกรณ์ทำความสะอาด และน้ำยาล้างเล็บ เนื่องจากการผลิตในปริมาณมาก สารเคมีเหล่านี้จึงเป็นหนึ่งในตัวปล่อยคาร์บอนที่ใหญ่ที่สุด

ในปี 2022 นักวิจัยจาก Northwestern University ในรัฐอิลลินอยส์ร่วมมือกับบริษัทรีไซเคิลคาร์บอน Lanza Tech เพื่อดูว่าแบคทีเรียสามารถย่อยสลาย CO2 ของเสียและเปลี่ยนให้เป็นสารเคมีอุตสาหกรรมที่มีค่าได้อย่างไร นักวิจัยใช้เครื่องมือชีววิทยาสังเคราะห์ในการเขียนโปรแกรมแบคทีเรีย Clostridium autoethanogenum (เดิมออกแบบที่ LanzaTech) เพื่อทำให้อะซิโตนและ IPA มีความยั่งยืนมากขึ้นผ่านการหมักด้วยก๊าซ

เทคโนโลยีนี้กำจัดก๊าซเรือนกระจกจากชั้นบรรยากาศและไม่ใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลเพื่อสร้างสารเคมี การวิเคราะห์วงจรชีวิตของทีมงานแสดงให้เห็นว่าแพลตฟอร์มคาร์บอนลบ หากนำมาใช้ในวงกว้าง มีศักยภาพในการลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกได้ถึง 160 เปอร์เซ็นต์ เมื่อเทียบกับวิธีอื่นๆ ทีมวิจัยคาดหวังว่าสายพันธุ์และเทคนิคการหมักที่พัฒนาขึ้นจะสามารถขยายขนาดได้ นักวิทยาศาสตร์อาจใช้กระบวนการนี้เพื่อกำหนดขั้นตอนที่รวดเร็วขึ้นสำหรับการสร้างสารเคมีที่จำเป็นอื่นๆ

ผลกระทบของแบคทีเรียและ CO2

ความหมายที่กว้างขึ้นของการใช้แบคทีเรียเพื่อดักจับ CO2 อาจรวมถึง: 

• บริษัทในอุตสาหกรรมหนักหลายแห่งที่ทำสัญญากับบริษัทด้านชีววิทยาศาสตร์กับสาหร่ายวิศวกรรมชีวภาพที่สามารถเชี่ยวชาญในการบริโภคและเปลี่ยนสารเคมีและวัสดุที่เป็นของเสียเฉพาะจากโรงงานผลิต ทั้งเพื่อลดการปล่อย CO2/มลพิษ และเพื่อสร้างผลพลอยได้ของเสียที่ทำกำไรได้ 
• การวิจัยเพิ่มเติมและเงินทุนสำหรับการแก้ปัญหาตามธรรมชาติเพื่อดักจับการปล่อยคาร์บอน
• บริษัทผู้ผลิตบางแห่งร่วมมือกับบริษัทเทคโนโลยีดักจับคาร์บอนเพื่อเปลี่ยนไปใช้เทคโนโลยีสีเขียวและเก็บภาษีคาร์บอนคืน
• สตาร์ทอัพและองค์กรจำนวนมากขึ้นที่มุ่งเน้นไปที่การกักเก็บคาร์บอนผ่านกระบวนการทางชีววิทยา ซึ่งรวมถึงการปฏิสนธิของธาตุเหล็กในมหาสมุทรและการปลูกป่า
• การใช้เทคโนโลยีแมชชีนเลิร์นนิงเพื่อปรับปรุงการเจริญเติบโตของแบคทีเรียและเพิ่มประสิทธิภาพเอาต์พุต
• รัฐบาลร่วมมือกับสถาบันวิจัยเพื่อค้นหาแบคทีเรียที่จับคาร์บอนอื่น ๆ เพื่อปฏิบัติตามคำมั่นสัญญาสุทธิเป็นศูนย์ภายในปี 2050

คำถามที่ต้องพิจารณา

• ประโยชน์ที่เป็นไปได้อื่นๆ ของการใช้วิธีแก้ปัญหาจากธรรมชาติเพื่อจัดการกับการปล่อยคาร์บอนคืออะไร
• ประเทศของคุณจัดการกับการปล่อยก๊าซคาร์บอนอย่างไร?