Ученые создали бактерии, способные поедать CO2 и выделять ценные и углеродно-отрицательные ацетон и изопропил
Ученые создали бактерии, способные поедать CO2 и выделять ценные и углеродно-отрицательные ацетон и изопропил
Ученые открыли способ генной инженерии бактерий, которые будут потреблять оксид углерода и углекислый газ для того, чтобы превращать их в два широко используемых химических вещества, ацетон и изопропанол, тем самым делая весь процесс углеродно-отрицательным.
Ацетон и изопропанол используются в широком спектре продуктов, от дезинфицирующих средств для рук до лампочек, общий объем рынка составляет более 10 миллионов долларов США, и почти всегда эти вещества производятся из первичного ископаемого топлива. Бактерии, которые разработали ученые, удалили 1,78 кг выбросов из атмосферы на килограмм произведенного ацетона и 1,17 кг выбросов на килограмм изопропанола.
Майкл Джуэтт, химик из Северо-Западного университета (Northwestern University), взаимодействует с крупной биоэтаноловой фирмой LanzaTech, чтобы стать пионером в этом новом методе зеленого химического синтеза.
Он и его коллеги нашли ранее используемые в промышленности штаммы бактерий для создания отдельного штамма Clostridium Autoethanogenum, бактериального существа, называемого ацетогеном, который питается ацетатом посредством ферментации.
По итогам проекта они создали ацетоген, который потреблял промышленные выбросы, такие как CO2, преобразовывая его в ацетон или изопропанол с высокой эффективностью, составляющей около 3 граммов на литр в час, почти без альтернативных побочных продуктов.
Использование бактерий для ферментации сахаров является распространенным и менее углеродоемким методом производства этанола. Исследователи взяли свои уникальные штаммы бактерий, производящих ацетон и изопропанол, и провели работы с предприятием по производству этанола LanzaTech, чтобы проверить, может ли их идея работать в реальном мире.
«Наше видение коммерциализации состоит в том, чтобы преобразовать существующие установки для газовой ферментации, производящие этанол, которые LanzaTech уже использует, в гибкие производственные предприятия», — заявил Джуэтт.
«В частности, LanzaTech уже успешно эксплуатирует два коммерческих завода по переработке выбросов тяжелой промышленности в этанол, при этом на сегодняшний день произведено более 30 миллионов галлонов этанола и предотвращено более 150 000 тонн выбросов CO2».
«Заменив микроб, производящий этанол, который в настоящее время используется на наших коммерческих предприятиях по ферментации газа, на новый микроб, запрограммированный на производство ацетона или пропанола, мы можем мгновенно расширить ассортимент продуктов, которые может производить отдельное предприятие. Эта гибкость продуктов позволит операторам предприятий принимать рыночные решения о том, на каких продуктах сосредоточиться в отдельно взятый период времени», — сказал Джуэтт.
Это особенно важно по двум причинам. Во-первых, поскольку эти химические вещества используются для производства красок, жидкостей для снятия лака, лаков, кетоновых добавок, смол, эпоксидных смол, разбавителей, терпенов, средств для чистки линз, дезинфицирующих подушечек, медицинского спирта, топливных добавок, а также в процессах проверки на наличие опухоли лимфатических узлов и экстракция ДНК, рыночный спрос может быстро меняться. Прекрасным примером этого был всплеск спроса на дезинфицирующие средства для рук во многих странах во время первой волны COVID-19.
Во-вторых, гибкость, обеспечиваемая ферментацией, позволяет использовать одну и ту же инфраструктуру биореактора для нескольких процессов конверсии, например этанола, ацетона и изопропанола, и является ключевым преимуществом по сравнению с традиционным химическим производством, где заводы обычно создаются специально для одного процесса конверсии, что означает, что компании могут сэкономить миллионы, которые обычно тратятся на строительство новых заводов по производству новых химикатов.
Это предел мечтаний химической технологии, и работа Джуэтта может стать благом для отрасли с большими объемами выбросов.