„Atradimas, siekiant išvengti klimato katastrofos“: kaip bakterijos atliekas perdirba į vertingas chemines medžiagas

Atlikdami naują studiją, tyrėjai atrinko, pakeitė ir optimizavo bakterijos štamą, o tada sėkmingai pademonstravo jo gebėjimą CO₂ konvertuoti į acetoną ir izopropanolį (IPA).

Šiuo nauju dujų fermentavimo procesu iš atmosferos ne tik pašalinamos šiltnamio efektą sukeliančios (ŠES) dujos, bet ir padeda išvengti iškastinio kuro, kuris įprastai naudojamas gaminti acetoną ir IPA.

Gyvenimo ciklo analizė parodė, kad plačiai įdiegta, tokia neigiamo anglies balanso platforma galėtų sumažinti ŠES dujų emisijas 160%, lyginant su įprastiniais metodais.

Tyrimas publikuotas žurnale Nature Biotechnology.

„Kartu su sparčiu žmonių populiacijos didėjimu spartėjanti klimato krizė – vienas iš didžiausių iššūkių žmonijai, – susijusi su neribotu CO₂ išskyrimu ir kaupimusi visoje biosferoje,“ sakė vienas iš straipsnio vyr. bendraautorių Michaelas Jewettas iš NWU. „Pasinaudodami biologijos galimybėmis gaminti tai, ką reikia, ten ir kada reikia, tvariai ir perdirbamai, galime pasinaudoti prieinamu CO₂ transformuoti bioekonomiką."

Jewettas yra Chemijos ir biologijos inžinerijos profesorius NWU McCormick inžinerijos mokykloje ir Sintetinės biologijos centro direktorius. Jis tyrimą atliko kartu su tyrėjais iš LanzaTech – Michaelu Koepke ir Chingu Leang.

Pramonėje acetonas ir IPA naudojami labai plačiai, bendra jų rinkos apimtis siekia 10 milijardų dolerių. Plačiai naudojamas kaip dezinfektantas ir antiseptikas, IPA yra vienas iš dviejų Pasaulio sveikatos organizacijos rekomenduojamų medžiagų, efektyviai naikinančių SARS-CoV-2 virusus. O acetonas yra daugelio plastmasių ir sintetinių pluoštų tirpiklis, juo skiedžiamos poliesterio derva, valomi įrankiai ir šalinamas nagų lakas.

Nors be šių medžiagų apsieiti sunku, jų gamybai daugiausiai naudojamos iškastinės žaliavos, kas lemia klimatą šildančias CO₂ emisijas.

Siekdami gaminti šias medžiagas tvariau, tyrėjai išvystė naują dujų fermentavimo procesą. Jie paėmė LanzaTech pakeistas anaerobines bakterijas 𝐶𝑙𝑜𝑠𝑡𝑟𝑖𝑑𝑖𝑢𝑚 𝑎𝑢𝑡𝑜𝑒𝑡𝘩𝑎𝑛𝑜𝑔𝑒𝑛𝑢𝑚 ir sintetinės biologijos įrankiais perprogramavo bakterijas fermentuojant CO₂ gaminti acetoną ir IPA.

„Šios inovacijos, kurias sukėlė beląstelinė strategija, naudota štamų inžinerijai ir fermentų optimizavimui, laiką iki gamybos sutrumpino daugiau nei metais,“ pažymėjo Jewettas.

NWU ir LanzaTech komandos tikisi, kad sukurti štamai ir fermentacijos procesas bus išplėstas iki pramoninių mastų. Be to, šiuo būdu potencialiai galėtų būti kuriami ir kitų vertingų cheminių žaliavų tiesioginės gamybos procesai.

„Šis atradimas yra didelis žingsnis, siekiant išvengti klimato katastrofos,“ pastebėjo Jennifer Holmgren, LanzaTech CEO. „Dabar daugumai plačiai naudojamų cheminių medžiagų išgauti naudojamos iškastinės žaliavos – nafta, gamtinės dujos ar anglis. Acetonas ir IPA yra du pavyzdžiai tokių medžiagų, kurių pasaulinė rinka yra 10 milijardų dolerių. Sukurti būdai gaminti acetoną ir IPA paspartins ir naujų produktų atsiradimą, daugelyje pramonės šakų uždarysiančių jų naudojimo anglies ciklą.“

Northwestern University
phys.org

Michael Jewett, Carbon-negative production of acetone and isopropanol by gas fermentation at industrial pilot scale, Nature Biotechnology(2022). DOI: 10.1038/s41587-021-01195-w. www.nature.com/articles/s41587-021-01195-w