Vi khuẩn và CO2: Khai thác sức mạnh của vi khuẩn ăn carbon

• tác giả:
• tên tác giả

  Tầm nhìn lượng tử
• 1 Tháng mười hai, 2022

Tóm tắt thông tin chi tiết

Khả năng hấp thụ carbon của tảo có thể là một trong những công cụ có giá trị nhất trong việc giảm thiểu biến đổi khí hậu. Các nhà khoa học từ lâu đã nghiên cứu quá trình tự nhiên này để giảm phát thải khí nhà kính và tạo ra nhiên liệu sinh học thân thiện với môi trường. Ý nghĩa lâu dài của sự phát triển này có thể bao gồm việc tăng cường nghiên cứu về công nghệ thu giữ carbon và sử dụng trí tuệ nhân tạo để điều khiển sự phát triển của vi khuẩn.

Bối cảnh vi khuẩn và CO2

Có một số phương pháp loại bỏ carbon dioxide (CO2) khỏi không khí; tuy nhiên, việc tách dòng carbon khỏi các loại khí và chất ô nhiễm khác rất tốn kém. Giải pháp bền vững hơn là nuôi cấy vi khuẩn, chẳng hạn như tảo, tạo ra năng lượng thông qua quá trình quang hợp bằng cách tiêu thụ CO2, nước và ánh sáng mặt trời. Các nhà khoa học đã và đang thử nghiệm các cách để biến năng lượng này thành nhiên liệu sinh học. 

Vào năm 2007, Giải pháp CO2 của Thành phố Quebec của Canada đã tạo ra một loại vi khuẩn E. coli biến đổi gen, tạo ra các enzym để ăn carbon và biến nó thành bicarbonate, vô hại. Chất xúc tác là một phần của hệ thống lò phản ứng sinh học có thể được mở rộng để thu khí thải từ các nhà máy điện sử dụng nhiên liệu hóa thạch.

Kể từ đó, công nghệ và nghiên cứu đã phát triển. Vào năm 2019, công ty Hypergiant Industries của Hoa Kỳ đã tạo ra Lò phản ứng sinh học Eos. Tiện ích này có kích thước 3 x 3 x 7 feet (90 x 90 x 210 cm). Nó dự định được đặt trong môi trường đô thị, nơi nó thu giữ và cô lập carbon từ không khí đồng thời sản xuất nhiên liệu sinh học sạch có khả năng giảm lượng khí thải carbon của tòa nhà. 

Lò phản ứng sử dụng vi tảo, một loài được gọi là Chlorella Vulgaris, và được cho là hấp thụ CO2 nhiều hơn bất kỳ loại thực vật nào khác. Tảo phát triển bên trong một hệ thống ống và hồ chứa trong thiết bị, chứa đầy không khí và tiếp xúc với ánh sáng nhân tạo, cung cấp cho cây trồng những gì nó cần để phát triển và sản xuất nhiên liệu sinh học để thu gom. Theo Hypergiant Industries, Lò phản ứng sinh học Eos có khả năng thu giữ carbon hiệu quả gấp 400 lần so với cây cối. Tính năng này là do phần mềm máy học giám sát quá trình phát triển của tảo, bao gồm quản lý ánh sáng, nhiệt độ và mức độ pH để đạt được sản lượng tối đa.

Tác động gián đoạn

Các vật liệu công nghiệp, chẳng hạn như acetone và isopropanol (IPA), có tổng thị trường toàn cầu hơn 10 tỷ USD. Acetone và isopropanol là một chất khử trùng và sát trùng được sử dụng rộng rãi. Đây là cơ sở cho một trong hai công thức khử trùng được khuyến nghị của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), có hiệu quả cao đối với SARS-CoV-2. Acetone cũng là dung môi cho nhiều polyme và sợi tổng hợp, pha loãng nhựa polyester, thiết bị làm sạch và tẩy sơn móng tay. Do được sản xuất với số lượng lớn, những hóa chất này là một trong những chất thải carbon lớn nhất.

Vào năm 2022, các nhà nghiên cứu từ Đại học Northwestern ở Illinois đã hợp tác với công ty tái chế carbon Lanza Tech để xem cách vi khuẩn có thể phân hủy CO2 thải và biến nó thành các hóa chất công nghiệp có giá trị. Các nhà nghiên cứu đã sử dụng các công cụ sinh học tổng hợp để lập trình lại một loại vi khuẩn, Clostridium autoethanogenum (được thiết kế ban đầu tại LanzaTech), để tạo ra acetone và IPA bền vững hơn thông qua quá trình lên men khí.

Công nghệ này giúp loại bỏ khí nhà kính khỏi khí quyển và không sử dụng nhiên liệu hóa thạch để tạo ra hóa chất. Phân tích vòng đời của nhóm cho thấy nền tảng carbon âm, nếu được áp dụng trên quy mô lớn, có khả năng giảm 160% lượng khí thải nhà kính so với các phương pháp khác. Các nhóm nghiên cứu hy vọng rằng các chủng và kỹ thuật lên men đã phát triển sẽ có thể mở rộng quy mô. Các nhà khoa học cũng có thể sử dụng quy trình này để xây dựng các quy trình nhanh hơn nhằm tạo ra các hóa chất thiết yếu khác.

Ý nghĩa của vi khuẩn và CO2

Ý nghĩa rộng hơn của việc sử dụng vi khuẩn để thu giữ CO2 có thể bao gồm: 

• Các công ty trong các ngành công nghiệp nặng khác nhau ký hợp đồng với các công ty khoa học sinh học để chế tạo tảo sinh học có thể được chuyên môn hóa để tiêu thụ và chuyển đổi các hóa chất và vật liệu thải cụ thể từ các nhà máy sản xuất, vừa để giảm sản lượng CO2/ô nhiễm vừa tạo ra các sản phẩm phụ từ chất thải có lợi nhuận. 
• Nhiều nghiên cứu và tài trợ hơn cho các giải pháp tự nhiên để thu giữ lượng khí thải carbon.
• Một số công ty sản xuất hợp tác với các công ty công nghệ thu hồi carbon để chuyển đổi sang công nghệ xanh và thu tiền giảm thuế carbon.
• Nhiều công ty khởi nghiệp và tổ chức tập trung vào quá trình cô lập carbon thông qua các quá trình sinh học, bao gồm bón phân sắt cho đại dương và trồng rừng.
• Việc sử dụng các công nghệ máy học để hợp lý hóa sự phát triển của vi khuẩn và tối ưu hóa đầu ra.
• Các chính phủ hợp tác với các tổ chức nghiên cứu để tìm ra các vi khuẩn thu giữ carbon khác nhằm thực hiện cam kết bằng 2050 ròng của họ vào năm XNUMX.

Các câu hỏi cần xem xét

• Những lợi ích tiềm năng khác của việc sử dụng các giải pháp tự nhiên để giải quyết lượng khí thải carbon là gì?
• Quốc gia của bạn đang giải quyết lượng khí thải carbon như thế nào?