Biohybrid Alchemy: Transforming Wastewater Contaminants Into Chemicals

Julkaissut Platon

seuraajia: 0

Tutkijat ovat ehdottaneet uutta menetelmää jätevesien epäpuhtauksien muuntamiseksi arvokkaiksi kemikaaleiksi auringonvalolla, mikä tarjoaa väylän kestävään ja kiertokulkuiseen kemikaalien valmistukseen.

Perinteinen kemikaalien valmistus perustuu energiaintensiivisiin prosesseihin. Puolijohdebiohybridit, joissa yhdistyvät tehokkaat valoa keräävät materiaalit ja elävät solut, ovat tulleet jännittäväksi mahdollisuudeksi niille, jotka haluavat käyttää aurinkoenergiaa kemikaalien tuottamiseen, sanovat tämän uuden tutkimuksen kirjoittajat.

Haasteena on nyt löytää taloudellisesti kannattava ja ympäristöystävällinen tapa skaalata teknologiaa.

Se julkaistiin vuonna Luonnon kestävyys lokakuussa.

Työtä johti professori GAO Xiang Kiinan tiedeakatemian Shenzhenin edistyneen teknologian instituutista (SIAT) ja professori LU Lu Harbinin teknologiainstituutista.
Tutkijat päättivät muuttaa jäteveden epäpuhtaudet puolijohdebiohybrideiksi suoraan jätevesiympäristössä. Konsepti sisältää jätevedessä olevan orgaanisen hiilen, raskasmetallien ja sulfaattiyhdisteiden hyödyntämisen raaka-aineina näiden biohybridien rakentamisessa ja sen jälkeen niiden muuntamisen arvokkaiksi kemikaaleiksi.

Siitä huolimatta todellisen teollisuuden jäteveden koostumus vaihtelee yleensä tärkeimpien orgaanisten epäpuhtauksien, raskasmetallien ja monimutkaisten saasteiden osalta, jotka kaikki ovat usein myrkyllisiä bakteerisoluille ja niiden on vaikea metaboloida tehokkaasti. Se sisältää myös runsaasti suolaa ja liuennutta happea, jotka vaativat bakteereja, joilla on aerobinen sulfaattipelkistyskyky. Siksi jäteveden käyttäminen bakteerien raaka-aineena on haastavaa.

Tämän ratkaisemiseksi tutkijat valitsivat nopeasti kasvavan meribakteerin, Vibrio natriegensin, jolla on poikkeuksellisen suuri suolapitoisuuden sietokyky ja kyky hyödyntää erilaisia hiililähteitä. He esittelivät aerobisen sulfaatin pelkistysreitin V. natriegensiin ja kouluttivat muokatun kannan hyödyntämään erilaisia metalli- ja hiililähteitä puolijohdebiohybridien tuottamiseksi suoraan tällaisesta jätevedestä.

Niiden ensisijainen kohdekemikaali tuotannossa oli 2,3-butaanidioli (BDO), arvokas peruskemikaali.

Suunnittelemalla V. natriegens -kantaa ne tuottivat rikkivetyä, jolla oli keskeinen rooli valoa tehokkaasti absorboivien CdS-nanohiukkasten tuotannon helpottamisessa. Nämä bioyhteensopivuudestaan tunnetut nanohiukkaset mahdollistivat puolijohdebiohybridien in situ luomisen ja mahdollistivat ei-fotosynteettisten bakteerien hyödyntämisen valossa.

Tulokset osoittivat, että nämä auringonvalolla aktivoidut biohybridit osoittivat merkittävästi parantunutta BDO-tuotantoa, mikä ylitti pelkkien bakteerisolujen avulla saavutettavissa olevat saannot. Lisäksi prosessi osoitti skaalautuvuutta ja saavutti aurinkovoimalla toimivan BDO-tuotannon huomattavassa 5 litran mittakaavassa käyttämällä todellista jätevettä.

Elinkaariarviointi osoittaa, että tällä spesifisellä biohybridireitillä on huomattava kestävyyshyöty verrattuna tavanomaisiin 2,3-butaanidiolin tuotantoreitteihin.

"Biohybridialustalla ei ole vain pienempi hiilijalanjälki, vaan se myös vähentää tuotekustannuksia, mikä johtaa yleisesti pienempään ympäristövaikutukseen verrattuna sekä perinteisiin bakteerikäymiseen että fossiilisiin polttoaineisiin perustuviin BDO-tuotantomenetelmiin", sanoi professori GAO. "Huomattavaa on, että näitä biohybridejä voitaisiin tuottaa käyttämällä erilaisia jätevesilähteitä."

Kirjoittajien mukaan työ voi viedä aurinkovoimalla toimivaa biotuotantoa ja jätteestä rikkaudeksi muuntamista askeleen eteenpäin ja tasoittaa tietä puhtaampaan tuotantoon ja kiertotalouteen.