RW Space

Известная бактерия может превращать углекислый газ из воздуха в полезный биопластик, решая две глобальные проблемы одним быстрым движением, используя прототип системы, разработанный группой инженеров-химиков в Корее.

Поедающие пластик бактерии, способные расщеплять пластиковые отходы за считанные часы, в последнее время привлекают большое внимание как микроскопическое решение растущей мировой проблемы с пластиком. огромный приоритет, поиск новых способов производства пластмасс из источников, отличных от сырой нефти и ее производных, также жизненно важен для снижения нашей зависимости от ископаемого топлива.

Пластичные полимеры представляют собой длинные цепочки повторяющихся субъединиц, соединенных вместе, и основу этих цепей чаще всего составляют атомы углерода.

Многие инженеры-химики догадались о блестящей идее о том, что растущий уровень углекислого газа в атмосфере Земли может быть неиспользованным ресурсом для производства пластмасс или других углеродсодержащих материалов. продукты, такие как топливо для реактивных двигателей или бетон — если бы мы только могли улавливать CO2 из воздуха и делать из него что-то.

Один из способов преобразования газа CO₂ в другой полезный углерод- содержащих соединения с инъекцией электричества в реакции, называемой электролизом. Но этот метод, хотя и многообещающий, в основном дает короткоцепочечные исходные соединения, состоящие всего из одного-трех атомов углерода. Создание химических веществ с более длинными углеродными цепями из CO₂ – более сложная и неэффективная задача.

В этом новом проекте команда инженеров-химиков из Корейского передового института науки и технологий (KAIST) разработала двухкомпонентную систему для преобразования CO₂ в распространенный тип биопластика с помощью вида бактерий под названием Cupriavidus necator.

Первой ступенью системы является электролизер, который преобразует газообразный CO₂ в формиат. Затем это подается в резервуар для брожения, где начинают работать бактерии.

C. necator хорошо известен своей способностью синтезировать углеродные соединения, такие как поли-3-гидроксибутират или ПОБ, тип биоразлагаемого и компостируемый полиэстер из других источников углерода.

В этом случае C. necator поглощает исходный формиат из реакции электролиза и накапливает гранулы ПОБ, которые затем можно извлечь из собранных клеток.

Тот же раствор циркулирует между местом реакции электролиза и ферментационным резервуаром с мембраной, разделяющей две камеры, так что бактерии выделяются из побочных продуктов реакции электролиза.

Если система питается от возобновляемых источников энергии, то это может быть способ производства биопластика без использования ископаемого топлива, который одновременно использует CO. ₂ – которые необходимо быстро очистить от воздуха, чтобы ограничить глобальное потепление.

Хёнджу Ли и Сан Юп Ли, два биомолекулярных инженера из KAIST, которые руководили исследованием, с оптимизмом смотрят на это. их подход является масштабируемым и может каким-то образом помочь изменить способ производства пластмасс.

«Результатами этого исследования являются технологии, которые можно применять для производства различных химических веществ, а также биопластиков, и они ожидается, что они будут использоваться в качестве ключевых компонентов, необходимых для достижения углеродной нейтральности в будущем», — говорят они.

Хотя это еще предстоит выяснить, этот вариант кажется достойным внимания.

Лаборатория эксперименты показали, что C. necator в гибридной системе могли синтезировать столько ПГБ, что после 120 часов или 5 дней работы полиэфирный продукт составлял до 83 процентов массы сухих клеток бактерий.

На основании этих данных результаты, исследователи утверждают, что их установка в 20 раз более продуктивна, чем аналогичные системы, испытанные ранее.

Команда также сообщает, что их система может работать без перерыва, пока бактериальные клетки пополняются каждый день и пластиковый продукт удаляется, чтобы поддерживать реакцию.

Это непрерывное производство было бы ключом к тому, чтобы система работала в промышленных масштабах. Пока что исследователи тестировали его только в течение 18 дней и произвели 1,45 грамма полиэстера.

Но исследователи говорят, что их интегрированная система является улучшением предыдущих реакторов периодического действия или других установок, которые могут работать только одну фазу реакции за раз и требуют дополнительных этапов разделения и очистки.

Тем временем другие инженеры-биохимики пытаются усилить естественную способность C. necator производить PHB из CO ₂ с несколькими генетическими изменениями, потому что они говорят, что количество полимера, произведенного C. necator все еще слишком мало для коммерциализации — по крайней мере, на данный момент.

Исследование опубликовано в PNAS.