باکتری ها زباله های کربنی را به مواد شیمیایی با ارزش تبدیل می کنند

21 فوریه 2022 -توسط دانشگاه نورث وسترن

زیست شناسان بصورت مصنوعی باکتری ها را برای تبدیل زباله های کربن به مواد شیمیایی ارزشمند مهندسی کرده اند. رویکرد کربن منفی می تواند به اقتصاد انتشار خالص صفر کمک کند. اعتبار: جاستین مویر

باکتری ها به دلیل تجزیه لاکتوز برای تولید ماست شناخته شده اند. اکنون محققان به رهبری دانشگاه نورث وسترن و LanzaTech از باکتری ها برای تجزیه دی اکسید کربن زباله (CO2) برای ساخت مواد شیمیایی صنعتی با ارزش استفاده کرده اند.

در یک مطالعه آزمایشی جدید، محققان یک سویه باکتری را انتخاب، مهندسی و بهینه کردند و سپس با موفقیت توانایی آن را در تبدیل CO2 به استون و ایزوپروپانول (IPA) نشان دادند.

این فرآیند جدید تخمیر گاز نه تنها گازهای گلخانه‌ای را از جو حذف می‌کند، بلکه از استفاده از سوخت‌های فسیلی که معمولاً برای تولید استون و IPA مورد نیاز هستند، اجتناب می‌کند. پس از انجام تجزیه و تحلیل چرخه زندگی، تیم دریافت که پلت فرم کربن منفی می تواند انتشار گازهای گلخانه ای را تا 160 درصد در مقایسه با فرآیندهای معمولی ، اگر به طور گسترده مورد استفاده قرار گیرد کاهش دهد.

مایکل جئوت، نویسنده ارشد این مطالعه گفت: بحران فزاینده آب‌وهوایی، همراه با رشد سریع جمعیت، برخی از فوری‌ترین چالش‌ها را برای بشر ایجاد می‌کند، که همگی به انتشار و انباشت بی‌وقفه CO2 در کل بیوسفر مرتبط هستند. . با استفاده از ظرفیت خود برای مشارکت با زیست شناسی برای ایجاد آنچه مورد نیاز است، در مکان و زمانی که مورد نیاز است، به صورت پایدار و تجدیدپذیر، می توانیم شروع به استفاده از CO2 موجود برای تغییر اقتصاد زیستی کنیم.

Jewett استاد والتر پی مورفی مهندسی شیمی و بیولوژیکی در دانشکده مهندسی McCormick Northwestern و مدیر مرکز زیست شناسی مصنوعی است. او این مطالعه را با مایکل کوپکه و چینگ لیانگ، هر دو محقق در LanzaTech، رهبری کرد.

مواد شیمیایی فله و پلت فرم صنعتی ضروری، استون و IPA ، با مجموع بازار جهانی بیش از 10 میلیارد دلار تقریباً در همه جا یافت می شوند . IPA که به طور گسترده به عنوان یک ضد عفونی کننده  استفاده می شود، اساس یکی از دو فرمول ضدعفونی کننده توصیه شده توسط سازمان جهانی بهداشت است که در از بین بردن ویروس SARS-CoV-2 بسیار موثر هستند. و استون یک حلال برای بسیاری از پلاستیک ها و الیاف مصنوعی، رزین پلی استر نازک کننده، ابزار تمیز کردن و پاک کننده لاک ناخن است.

در حالی که این مواد شیمیایی فوق‌العاده مفید هستند، اما از منابع فسیلی تولید می‌شوند که منجر به انتشار گازهای گلخانه‌ای CO2 می‌شود.

برای تولید پایدارتر این مواد شیمیایی، محققان فرآیند تخمیر گاز جدیدی را توسعه دادند. آنها با Clostridium autoethanogenum، یک باکتری بی هوازی که در LanzaTech مهندسی شده است، شروع کردند. سپس، محققان از ابزارهای زیست شناسی مصنوعی برای برنامه ریزی مجدد باکتری برای تخمیر CO2 برای ساخت استون و IPA استفاده کردند.

Jewett گفت: «این نوآوری‌ها، با استراتژی‌های بدون سلول که هم مهندسی سویه و هم بهینه‌سازی آنزیم‌های مسیر را هدایت می‌کردند، زمان تولید را بیش از یک سال تسریع کردند.»

تیم‌های Northwestern و LanzaTech معتقدند که سویه‌های توسعه‌یافته و فرآیند تخمیر به مقیاس صنعتی تبدیل خواهد شد. این رویکرد همچنین می‌تواند به طور بالقوه برای ایجاد فرآیندهای ساده برای تولید سایر مواد شیمیایی ارزشمند به کار رود.

جنیفر هولمگرن، مدیر عامل LanzaTech گفت: این کشف گامی بزرگ به جلو در جلوگیری از یک فاجعه آب و هوایی است. “امروزه، اکثر مواد شیمیایی کالای ما منحصراً از منابع فسیلی جدید مانند نفت، گاز طبیعی یا زغال‌سنگ مشتق می‌شوند. استون و IPA دو نمونه با بازار جهانی 10 میلیارد دلاری هستند. مسیرهای استون و IPA توسعه‌یافته توسعه را تسریع می‌کنند. سایر محصولات جدید با بستن چرخه کربن برای استفاده در صنایع مختلف.

این مطالعه با عنوان “تولید کربن منفی و مقیاس‌پذیر استون و ایزوپروپانول توسط تخمیر گازی” است. https://phys.org/