バイオハイブリッド錬金術: 廃水汚染物質を化学物質に変換する

プラトン再発行

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研究者らは、太陽光を利用して廃水汚染物質を貴重な化学物質に変換する新しい方法を提案し、持続可能で循環的な化学物質製造への道を提供しました。

従来の化学品の製造は、エネルギーを大量に消費するプロセスに依存しています。この新しい研究の著者らは、効率的な集光材料と生きた細胞を組み合わせた半導体バイオハイブリッドは、太陽エネルギーを利用して化学物質を生産しようとする人々にとって刺激的な可能性として浮上していると述べている。

現在の課題は、経済的に実行可能で環境に優しい技術をスケールアップする方法を見つけることにあります。

に掲載されました 自然の持続可能性 10月で。

この研究は、中国科学院深セン先端技術研究所（SIAT）のGAO Xiang教授とハルビン工業大学のLU Lu教授が主導した。
研究者らは、廃水環境内で廃水からの汚染物質を直接半導体バイオハイブリッドに変換することに着手した。このコンセプトには、廃水中に存在する有機炭素、重金属、硫酸塩化合物をこれらのバイオハイブリッドを構築するための原料として利用し、その後それらを価値のある化学物質に変換することが含まれます。

それにもかかわらず、実際の産業廃水は通常、主要な有機汚染物質、重金属、複雑な汚染物質の組成が異なり、これらはすべて細菌細胞にとって有毒であることが多く、効率的に代謝することが困難です。また、好気性硫酸塩還元能力を持つバクテリアを必要とする高レベルの塩分と溶存酸素も含まれています。したがって、廃水を細菌の原料として使用することは困難です。

これを克服するために、研究者らは、高塩分濃度に対する優れた耐性とさまざまな炭素源の利用能力を備えた、急速に成長する海洋細菌ビブリオ・ナトリジェンスを選択した。彼らは、V. natriegens に好気性硫酸塩還元経路を導入し、そのような廃水から直接半導体バイオハイブリッドを生産するために、さまざまな金属および炭素源を利用するように操作された菌株を訓練した。

生産の主なターゲット化学物質は、貴重な汎用化学物質である 2,3-ブタンジオール (BDO) でした。

彼らは、V. natriegens の株を操作することによって硫化水素を生成し、これが光を効率的に吸収する CdS ナノ粒子の生成を促進する上で極めて重要な役割を果たしました。生体適合性で知られるこれらのナノ粒子は、半導体バイオハイブリッドのその場での作成を可能にし、非光合成細菌が光を利用できるようにしました。

その結果、これらの太陽光で活性化するバイオハイブリッドは、細菌細胞のみで達成可能な収量を超える、BDO産生の大幅な増強を示したことが示されました。さらに、このプロセスは拡張性を示し、実際の廃水を使用して実質的に 5 リットル規模の太陽光発電による BDO 生産を達成しました。

ライフサイクル評価により、この特定のバイオハイブリッドルートは、従来の 2,3-ブタンジオール生産ルートと比較して、持続可能性が大幅に向上することが示されています。

「バイオハイブリッドプラットフォームは二酸化炭素排出量の削減を誇るだけでなく、製品コストも削減するため、従来の細菌発酵や化石燃料ベースのBDO生産方法と比較して、全体的な環境への影響が小さくなります」とGAO教授は述べた。「驚くべきことに、これらのバイオハイブリッドはさまざまな廃水源を使用して生産できるのです。」

著者らは、この研究によって太陽光発電によるバイオ製造と廃棄物から富への転換を一歩前進させ、よりクリーンな生産と循環経済への道を開くことができると述べている。