میکروب‌هایی که دی اکسید کربن مصرف و پلاستیک و سوخت تولید می‌کنند

مدل های مولکولی دی اکسید کربن (تصویر آرشیوی).
اعتبار: © vector_master / Adobe Stock
 

محققان دانشگاه کلرادو بولدر، ارگانیسم های نانو بیو هیبریدی‌ای را توسعه داده اند که قادر به استفاده از دی اکسید کربن و نیتروژن موجود در هوا برای تولید تنوعی از پلاستیک ها و سوخت ها هستند، که این یک گام اولیه امید بخش در جهت جدا سازی ارزان قیمت کربن و تولید سازگار با محیط زیست مواد شیمیایی است.
 
با استفاده از نقاط کوانتومی فعال شده با نور به منظور برانگیختن آنزیم های خاصی در داخل سلول های میکروبی، محققان قادر به ایجاد «کارخانه های زنده»ای شدند که دی اکسید کربن مضر را می خورند و آن را به محصولات مفیدی مانند پلاستیک های زیست تخریب پذیر، بنزین، آمونیاک و بیودیزل تبدیل می کنند.
 
پراشانت نگپال، نویسنده راهبر پژوهش و استادیار گروه مهندسی شیمی و زیست شناسی در دانشگاه کلرادو در بولدر، گفت: "این نو آوری، برهانی است برای قدرت فرایندهای بیوشیمیایی." "ما داریم به تکنیکی نگاه می کنیم که می تواند گرفتن دی اکسید کربن را برای مبارزه با تغییرات آب و هوایی بهبود بخشد و روزی حتی به طور بالقوه فرایند کربن دوست ساخت پلاستیک ها و سوخت ها را جایگزین کند."
 
این پروژه در سال 2013 آغاز شد، هنگامی که ناگپال و همکارانش شروع کردند به بررسی پتانسیل گسترده‌ی نقاط کوانتومی نانوسکوپی، که نیمه رساناهای ریزی هستند مشابه با آن هایی که در دستگاه های تلویزیونی استفاده می شوند. نقاط کوانتومی را می توان به صورت غیر فعال به سلول ها تزریق کرد و برای اتصال و خود مونتاژی به آنزیم های دلخواه طراحی شده اند، و سپس این آنزیم ها را با فرمان با استفاده از طول موج های خاصی از نور فعال می کنند.
 
ناگپال می خواست ببیند که آیا نقاط کوانتومی می توانند به عنوان یک شمع مولد جرقه برای برانگیختن آنزیم های خاصی در درون سلول های میکروبی عمل کنند، که وسیله تبدیل دی اکسید کربن و نیتروژن هوا را دارند، اما به دلیل عدم وجود فتوسنتز، به طور طبیعی این کار را انجام نمی دهند.
 
با انتشار نقاط به ویژه مناسب به داخل سلول های گونه های میکروبی معمول که در خاک یافت می شوند، ناگپال و همکارانش پلی بر شکاف زدند. اکنون، در معرض حتی مقادیر کوچکی از نور غیر مستقیم قرار دادن، اشتهای میکروب ها به دی اکسید کربن را فعال می کرد بدون هیچ نیازی به هیچ منبعی از انرژی یا غذا برای انجام تبدیلات بیوشیمیاییِ انرژی دوست.
 
ناگپال گفت: "هر سلول میلیون ها از این مواد شیمیایی را تولید می کند و ما نشان دادیم که آنها می توانند از میزان تولید طبیعی خود تا نزدیک به 200 درصد تجاوز کنند."
 
میکروب هایی که به حالت کمون در آب قرار دارند محصولات منتجه خود را به سوی سطح آزاد می کنند، جایی که می توانند کف گیری و برای ساخت برداشت شوند. ترکیبات مختلف نقاط و نور، محصولات مختلفی را تولید می کند: طول موج های سبز باعث می شود که باکتری ها نیتروژن مصرف کنند و آمونیا تولید کنند در حالی که طول موج های قرمزتر موجب می شود میکروب ها دی اکسید کربن مصرف کنند تا به جای آن پلاستیک تولید نمایند.
 
این فرایند همچنین نشانه های امیدوار کننده ای را برای توانایی بر عمل در مقیاس نشان می دهد. ما داریم به تکنیکی نگاه می کنیم که می تواند گرفتن دی اکسید کربن را برای مبارزه با تغییرات آب و هوایی بهبود بخشد این تحقیق دریافت که حتی زمانی که کارخانه های میکروبی به طور مداوم و پایدار برای ساعت ها فعال بودند، نشانه‌ ای از فرسودگی یا کمبود نشان ندادند، که این نشان می داد سلول ها می توانند باز سازی شوند و بنا براین نیاز به چرخش را محدود می کنند.
 
ناگپال گفت: "ما بسیار شگفت زده شدیم که دیدیم آن به این زیبایی کار کرد." "ما به تازگی داریم کار با برنامه های مصنوعی را شروع می کنیم."
 
ناگپال گفت که سناریو ایده آل آینده، داشتن خانه ها و شرکت های تجاری تک خانواده است، که انتشار دی اکسید کربن خود را مستقیما به حوضچه ای نزدیک از خودشان لوله کشی می کنند، جایی که میکروب ها آنها را به یک بیوپلاستیک تبدیل می کنند. مالک می تواند محصول نتیجه شده را با سود اندکی بفروشد در حالی که اساساً در حال جبران کردن جای پای کربنی خود است.
 
ناگپال گفت: "حتی اگر حاشیه ها کم باشد و نتواند با مواد پتروشیمی در یک پایه‌ی هزینه خالص رقابت کند، اما هنوز سودمندی اجتماعی برای این کار وجود دارد." "اگر بتوانیم حتی یک کسر کوچک از حوضچه های آبریز محلی را تبدیل کنیم، این امر تأثیر قابل ملاحظه ای بر خروجی کربن شهرها خواهد داشت. انجام آن برای مردم خیلی سخت نیست. بسیاری اکنون مثلاً تجهیزات تخمیری در خانه دارند، و این کار پیچیده تر از کاری که اکنون می کنند نیست."
 
او گفت، تمرکز اکنون، تغییر خواهد کرد روی بهینه کردن روند تبدیل و به ظهور رسیدن دانشجویان جدید کارشناسی. ناگپال قصد دارد این پروژه را در آزمایشگاه کارشناسی در ترم پاییز بگنجاند.
 
وی گفت: "این سفری طولانی بوده است و کار آنها فوق العاده ارزشمند بوده است." "من فکر می کنم این نتایج نشان می دهد که ارزش آن را داشت."
مطالعه جدید اخیراً در مجله انجمن شیمی آمریکایی منتشر شد و توسط یوچن دینگ و جان بترام از دانشگاه کلرادو بولدر در تألیف همکاری شد، و همچنین کری اکرت از آزمایشگاه ملی انرژی تجدید پذیر؛ و راجش بوماردی، راجان پاتل، آلکس کونرادی و سامانتا برایان از دانشگاه ناتینگهام (بریتانیای کبیر).
 
منبع: مطالب ارائه شده توسط دانشگاه کلرادو در بولدر