Alkimia Biohibrid: Mengubah Kontaminan Air Limbah Menjadi Bahan Kimia

Diterbitkan Ulang Oleh Plato

Followers: 0

Para peneliti telah mengusulkan metode baru untuk mengubah kontaminan air limbah menjadi bahan kimia berharga dengan menggunakan sinar matahari, yang menawarkan jalan bagi produksi bahan kimia yang berkelanjutan dan sirkular.

Manufaktur bahan kimia konvensional bergantung pada proses intensif energi. Biohibrid semikonduktor, yang menggabungkan material pemanen cahaya dan sel hidup yang efisien, telah muncul sebagai kemungkinan menarik bagi mereka yang ingin menggunakan energi matahari untuk memproduksi bahan kimia, kata penulis studi baru ini.

Tantangannya kini terletak pada menemukan cara yang layak secara ekonomi dan ramah lingkungan untuk meningkatkan teknologi tersebut.

Itu diterbitkan di Keberlanjutan Alam pada bulan Oktober.

Pekerjaan ini dipimpin oleh Profesor GAO Xiang dari Institut Teknologi Lanjutan Shenzhen (SIAT) dari Akademi Ilmu Pengetahuan Tiongkok dan Profesor LU Lu dari Institut Teknologi Harbin.
Para peneliti mulai mengubah polutan dari air limbah menjadi biohibrid semikonduktor langsung di lingkungan air limbah. Konsep ini melibatkan pemanfaatan karbon organik, logam berat, dan senyawa sulfat yang ada dalam air limbah sebagai bahan mentah untuk membuat biohibrid, dan kemudian mengubahnya menjadi bahan kimia yang berharga.

Namun demikian, air limbah industri sebenarnya biasanya memiliki komposisi polutan organik utama, logam berat, dan polutan kompleks yang bervariasi, yang kesemuanya seringkali beracun bagi sel bakteri dan sulit dimetabolisme secara efisien. Ini juga mengandung garam tingkat tinggi dan oksigen terlarut yang membutuhkan bakteri dengan kapasitas reduksi sulfat aerobik. Oleh karena itu, penggunaan air limbah sebagai bahan baku bakteri merupakan suatu tantangan.

Untuk mengatasi hal ini, para peneliti memilih bakteri laut yang tumbuh cepat, Vibrio natriegens, yang memiliki toleransi luar biasa terhadap konsentrasi garam tinggi dan kapasitas memanfaatkan berbagai sumber karbon. Mereka memperkenalkan jalur reduksi sulfat aerobik ke dalam V. natriegens dan melatih strain hasil rekayasa tersebut untuk memanfaatkan berbagai sumber logam dan karbon untuk menghasilkan biohibrid semikonduktor langsung dari air limbah tersebut.

Bahan kimia target utama mereka untuk produksi adalah 2,3-butanediol (BDO), bahan kimia komoditas yang berharga.

Dengan merekayasa strain V. natriegens, mereka menghasilkan hidrogen sulfida, yang memainkan peran penting dalam memfasilitasi produksi nanopartikel CdS yang menyerap cahaya secara efisien. Partikel nano ini, yang terkenal karena biokompatibilitasnya, memungkinkan pembuatan biohibrid semikonduktor di tempat dan memungkinkan bakteri non-fotosintetik memanfaatkan cahaya.

Hasilnya menunjukkan bahwa biohibrid yang diaktifkan oleh sinar matahari ini menunjukkan peningkatan produksi BDO secara signifikan, melebihi hasil yang dapat dicapai melalui sel bakteri saja. Selain itu, proses ini menunjukkan skalabilitas, mencapai produksi BDO bertenaga surya dalam skala besar 5 liter dengan menggunakan air limbah sebenarnya.

Penilaian siklus hidup menunjukkan bahwa jalur biohibrid spesifik ini memiliki keuntungan keberlanjutan yang besar dibandingkan dengan jalur produksi 2,3-butanediol konvensional.

“Platform biohibrid tidak hanya menawarkan jejak karbon yang lebih rendah namun juga mengurangi biaya produk, sehingga menghasilkan dampak lingkungan yang lebih kecil secara keseluruhan jika dibandingkan dengan fermentasi bakteri tradisional dan metode produksi BDO berbasis bahan bakar fosil,” kata Prof. GAO. “Hebatnya, biohibrid ini dapat diproduksi dengan menggunakan berbagai sumber air limbah.”

Para penulis mengatakan bahwa penelitian ini dapat membawa biomanufaktur berbasis tenaga surya dan konversi sampah menjadi kekayaan satu langkah lebih maju dan membuka jalan menuju produksi yang lebih bersih dan ekonomi sirkular.