Bacteriile care fac bioplastic din dioxidul de carbon

Bacteriile care fac bioplastic din dioxidul de carbon abordează două probleme globale deodată, folosind un sistem prototip conceput de o echipă de ingineri chimiști din Coreea.

Bacteriile care mănâncă plastic, capabile să descompună deșeurile de plastic în câteva ore au atras multă atenție în ultima vreme ca o soluție microscopică la problema în creștere a plasticului din lume.

• Poluarea cu metan, acum mai ușor de observat ca niciodată din spațiu
• Musculițele care zboară în jurul fructelor nu sunt muște de fructe. Cum să scăpăm de ele?

Deși curățarea mizeriei pe care am făcut-o deja este o prioritate uriașă, căutarea unor noi modalități de a produce plastic din alte surse decât țițeiul și derivații acestuia este, de asemenea, vitală pentru a reduce dependența de combustibili fosili.

Polimerii plastici sunt lanțuri lungi de subunități repetate înșirate împreună, iar coloana vertebrală a acestor lanțuri sunt cel mai adesea atomii de carbon.

Mulți ingineri chimiști s-au gândit la ideea strălucitoare că nivelurile în creștere de dioxid de carbon din atmosfera Pământului ar putea fi o resursă neexploatată pentru fabricarea materialelor plastice sau a altor produse pe bază de carbon, cum ar fi combustibilul pentru avioane cu reacție sau betonul, asta dacă am putea capta CO2 din aer și face ceva din el, scrie Science Alert.

O modalitate de a converti gazul CO2 în alți compuși utili care conțin carbon este folosind o injecție de electricitate într-o reacție numită electroliză. Dar această metodă, deși promițătoare, produce în mare parte compuși inițiatori cu lanț scurt, cu doar unul până la trei atomi de carbon. Producerea din CO2 de substanțe chimice cu lanțuri de carbon mai lungi este o sarcină mai grea și mai ineficientă.

Iată cum funcționează sistemul bazat pe bacteriile care fac bioplastic

În acest nou studiu, o echipă de ingineri chimiști de la Institutul Avansat de Știință și Tehnologie din Coreea (KAIST) a dezvoltat un sistem din două părți pentru transformarea CO2 într-un tip comun de bioplastic cu ajutorul unei specii bacteriene numite Cupriavidus necator.

Primul pas al sistemului este un electrolizor care transformă CO2 gazos în formiat. Apoi, acesta este introdus într-un rezervor de fermentație, unde trec la treabă bacteriile care fac bioplastic.

C. necator este bine-cunoscută pentru capacitatea sa de a sintetiza compuși de carbon precum poli-3-hidroxibutirat sau PHB, un tip de poliester biodegradabil și compostabil, din alte surse de carbon.

În acest caz, C. necator înghite materia primă de formiat din reacția de electroliză și stochează granule de PHB, care pot fi apoi extrase din celulele recoltate.

Aceeași soluție circulă între reacția de electroliză și rezervorul de fermentație, cu o membrană care separă cele două camere astfel încât bacteriile să fie izolate de produșii secundari ai reacției de electroliză.

Dacă sistemul este alimentat de energie regenerabilă, atunci ar putea fi o modalitate fără combustibili fosili de a genera bioplastice care simultan utilizează CO2, care trebuie curățat rapid din aer pentru a limita încălzirea globală.

O soluție pentru a atinge neutralitatea carbonului?

Hyunjoo Lee și Sang Yup Lee, doi ingineri biomoleculari de la KAIST care au condus studiul, sunt optimiști că abordarea lor este scalabilă și ar putea contribui la transformarea modului în care se produce plasticul.

„Rezultatele acestei cercetări sunt tehnologii care pot fi aplicate la producerea diferitelor substanțe chimice, precum și a bioplasticului, și se așteaptă să fie folosite ca piese cheie necesare pentru a obține neutralitatea carbonului pe viitor”, spun ei.

Deși acest lucru rămâne de văzut, pare o opțiune care merită urmărită.

Experimentele de laborator au arătat că celulele de C. necator din sistemul hibrid ar putea sintetiza atât de mult PHB încât după 120 de ore (5 zile) de funcționare, produsul din poliester a reprezentat până la 83% din greutatea celulelor uscate ale bacteriilor.

Pe baza acestor rezultate, cercetătorii susțin că configurația lor este de 20 de ori mai productivă decât sistemele similare testate anterior.

Echipa raportează, de asemenea, că sistemul poate funcționa fără întrerupere atât timp cât bacteriile care fac bioplastic sunt completate în fiecare zi și produsul din plastic este îndepărtat pentru a menține reacțiile.

Bacteriile care fac bioplastic, pot face, momentan, prea puțin

Această producție continuă ar putea fi cheia pentru ca sistemul să funcționeze la scară industrială. Până acum, cercetătorii l-au testat doar timp de 18 zile și au produs 1,45 grame de poliester.

Dar oamenii de știință spun că sistemul lor integrat este o îmbunătățire față de reactoarele în masă anterioare sau alte configurații care pot opera doar o fază a reacției la un moment dat și necesită etape suplimentare de separare și purificare.

Între timp, alți ingineri biochimici încearcă să îmbunătățească capacitatea naturală a bacteriilor C. necator de a produce PHB din CO2 cu câteva modificări genetice, deoarece ei spun că cantitatea de polimer produsă de C. necator este încă prea mică pentru comercializare, cel puțin pentru moment.

Studiul a fost publicat în PNAS.

Vă recomandăm să citiți și:

Cercetătorii au creat oglinzi „cu membrană” pentru telescoape spațiale

Bateriile implantabile care consumă oxigen ar putea elimina cancerul

Un experiment revoluționar dezvăluie că lumina poate traversa golurile în timp

Cercetătorii au creat robotul care face analize direct în venele de sânge