바이오하이브리드 연금술: 폐수 오염물질을 화학물질로 변환

플라톤에 의해 재발행

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연구자들은 햇빛을 사용하여 폐수 오염 물질을 가치 있는 화학 물질로 변환하는 새로운 방법을 제안하여 지속 가능하고 순환적인 화학 물질 제조를 위한 길을 제공했습니다.

기존의 화학제품 제조는 에너지 집약적인 공정에 의존합니다. 효율적인 광수집 물질과 살아있는 세포를 결합한 반도체 바이오하이브리드는 태양 에너지를 사용하여 화학 물질을 생산하려는 사람들에게 흥미로운 가능성으로 떠올랐다고 이 새로운 연구의 저자는 말했습니다.

이제 문제는 경제적으로 실행 가능하고 환경 친화적인 기술 확장 방법을 찾는 것입니다.

에 출판되었습니다. 자연의 지속 가능성 10 월.

이 연구는 중국과학원 심천첨단기술연구소(SIAT)의 GAO Xiang 교수와 하얼빈 공과대학의 LU Lu 교수가 주도했습니다.
연구진은 폐수 환경에서 직접적으로 폐수의 오염 물질을 반도체 바이오 하이브리드로 변환하는 작업에 착수했습니다. 이 개념에는 폐수에 존재하는 유기 탄소, 중금속 및 황산염 화합물을 이러한 바이오 하이브리드를 구성하기 위한 원료로 활용하고 이후 이를 귀중한 화학 물질로 변환하는 것이 포함됩니다.

그럼에도 불구하고, 실제 산업 폐수는 일반적으로 주요 유기 오염물질, 중금속 및 복합 오염물질의 구성이 다양하며, 이들 모두는 종종 박테리아 세포에 독성이 있고 효율적으로 대사되기 어렵습니다. 또한 호기성 황산염 환원 능력을 갖춘 박테리아가 필요한 높은 수준의 염분과 용존 산소를 함유하고 있습니다. 따라서 폐수를 박테리아 공급원료로 사용하는 것은 어렵습니다.

이를 극복하기 위해 연구진은 고염도에 대한 내성이 뛰어나고 다양한 탄소원 활용 능력이 뛰어난 빠르게 성장하는 해양세균인 비브리오 나트륨리젠스를 선택했다. 그들은 V. natriegens에 호기성 황산염 환원 경로를 도입하고 이러한 폐수에서 직접 반도체 바이오 하이브리드를 생산하기 위해 다양한 금속 및 탄소 공급원을 활용하도록 조작된 균주를 훈련했습니다.

생산을 위한 주요 대상 화학물질은 귀중한 상용 화학물질인 2,3-부탄디올(BDO)이었습니다.

V. natriegens 균주를 조작함으로써 그들은 빛을 효율적으로 흡수하는 CdS 나노입자의 생산을 촉진하는 데 중추적인 역할을 하는 황화수소를 생성했습니다. 생체적합성으로 유명한 이 나노입자는 반도체 바이오하이브리드의 현장 생성을 가능하게 하고, 광합성을 하지 않는 박테리아가 빛을 활용할 수 있게 했습니다.

결과는 이러한 햇빛에 의해 활성화된 바이오하이브리드가 BDO 생산을 크게 향상시켜 박테리아 세포만을 통해 달성할 수 있는 생산량을 능가한다는 것을 보여주었습니다. 또한, 이 프로세스는 실제 폐수를 사용하여 상당한 5리터 규모의 태양광 구동 BDO 생산을 달성하는 확장성을 보여주었습니다.

수명주기 평가에 따르면 이 특정 바이오하이브리드 경로는 기존의 2,3-부탄디올 생산 경로에 비해 상당한 지속 가능성 향상을 제공합니다.

GAO 교수는 “바이오하이브리드 플랫폼은 탄소 배출량이 낮을 뿐만 아니라 제품 비용도 줄여 전통적인 박테리아 발효 및 화석 연료 기반 BDO 생산 방법에 비해 전반적으로 환경에 미치는 영향이 더 적습니다.”라고 말했습니다. “놀랍게도 이러한 바이오하이브리드는 다양한 폐수원을 사용하여 생산될 수 있습니다.”

저자들은 이 연구가 태양열 기반의 바이오 제조와 폐기물을 부로 전환하는 것을 한 단계 더 발전시키고 보다 깨끗한 생산과 순환 경제로 가는 길을 닦을 수 있다고 말합니다.