Biohübriidalkeemia: heitvee saasteainete muutmine kemikaalideks

Taasavaldanud Platon

järgijaid: 0

Teadlased on pakkunud välja uudse meetodi reovee saasteainete muutmiseks väärtuslikeks kemikaalideks päikesevalguse abil, pakkudes võimalust säästvaks ja ringikujuliseks kemikaalide tootmiseks.

Tavapärane keemiatootmine põhineb energiamahukatel protsessidel. Selle uue uuringu autorid ütlevad, et pooljuhtide biohübriidid, mis ühendavad tõhusaid valgust koguvaid materjale ja elusrakke, on muutunud põnevaks võimaluseks neile, kes soovivad kasutada päikeseenergiat kemikaalide tootmiseks.

Nüüd seisneb väljakutse leida majanduslikult elujõuline ja keskkonnasõbralik viis tehnoloogia laiendamiseks.

See avaldati aastal Looduse jätkusuutlikkus oktoobris.

Tööd juhtisid professor GAO Xiang Hiina Teaduste Akadeemia Shenzheni kõrgtehnoloogia instituudist (SIAT) ja professor LU Lu Harbini tehnoloogiainstituudist.
Teadlased seadsid eesmärgiks muuta reovee saasteained otse reoveekeskkonnas pooljuhtide biohübriidideks. Kontseptsioon hõlmab reovees leiduva orgaanilise süsiniku, raskmetallide ja sulfaatühendite kasutamist nende biohübriidide valmistamise toorainena ja nende muundamist väärtuslikeks kemikaalideks.

Sellegipoolest erineb tegelik tööstusreovesi oma peamiste orgaaniliste saasteainete, raskmetallide ja komplekssete saasteainete koostiselt, mis kõik on sageli bakterirakkudele toksilised ja neil on raske tõhusalt metaboliseerida. Samuti sisaldab see suures koguses soola ja lahustunud hapnikku, mis nõuavad aeroobse sulfaadi redutseerimisvõimega baktereid. Seega on reovee kasutamine bakterite lähteainena keeruline.

Sellest ülesaamiseks valisid teadlased välja kiiresti kasvava merebakteri Vibrio natriegensi, millel on erakordne taluvus kõrge soolakontsentratsiooni suhtes ja võime kasutada erinevaid süsinikuallikaid. Nad juurutasid V. natriegensi aeroobse sulfaadi redutseerimise raja ja õpetasid konstrueeritud tüve kasutama erinevaid metalli- ja süsinikuallikaid, et toota otse sellisest reoveest pooljuhtide biohübriide.

Nende peamine sihtkemikaal tootmisel oli 2,3-butaandiool (BDO), väärtuslik toorainekemikaal.

V. natriegensi tüve konstrueerimisel tekitasid nad vesiniksulfiidi, mis mängis keskset rolli CdS nanoosakeste tootmise hõlbustamisel, mis neelavad tõhusalt valgust. Need nanoosakesed, mis on tuntud oma biosobivuse poolest, võimaldasid in situ luua pooljuhtide biohübriide ja võimaldasid mittefotosünteetilistel bakteritel kasutada valgust.

Tulemused näitasid, et need päikesevalgusega aktiveeritud biohübriidid näitasid märkimisväärselt suurenenud BDO tootmist, ületades saagiseid, mis on saavutatavad ainult bakterirakkude kaudu. Lisaks näitas protsess mastaapsust, saavutades päikeseenergial töötava BDO tootmise märkimisväärses 5-liitrises mahus, kasutades tegelikku reovett.

Elutsükli hindamine näitab, et sellel spetsiifilisel biohübriidmeetodil on võrreldes tavapäraste 2,3-butaandiooli tootmisviisidega oluline jätkusuutlikkuse kasv.

"Biohübriidplatvormil pole mitte ainult madalam süsiniku jalajälg, vaid see vähendab ka tootekulusid, mis põhjustab üldist väiksemat keskkonnamõju võrreldes traditsiooniliste bakteriaalse kääritamise ja fossiilkütustel põhinevate BDO tootmismeetoditega," ütles prof GAO. "Märkimisväärne on see, et neid biohübriide saab toota mitmesuguste reoveeallikate abil."

Autorid ütlevad, et töö võib tuua päikeseenergial põhineva biotootmise ja jäätmetest rikkuseks muutmise sammu edasi ning sillutada teed puhtamale tootmisele ja ringmajandusele.