Biohybrid Alchemy: Transforming Wastewater Contaminants Into Chemicals

Republicado por Platão

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Os investigadores propuseram um novo método para transformar contaminantes de águas residuais em produtos químicos valiosos utilizando a luz solar, oferecendo um caminho para a produção química sustentável e circular.

A fabricação de produtos químicos convencionais depende de processos que consomem muita energia. Os biohíbridos semicondutores, que combinam materiais eficientes de captação de luz e células vivas, surgiram como uma possibilidade interessante para aqueles que procuram utilizar a energia solar para produzir produtos químicos, afirmam os autores deste novo estudo.

O desafio agora reside em encontrar uma forma economicamente viável e amiga do ambiente de expandir a tecnologia.

Foi publicado em Sustentabilidade da natureza em outubro.

O trabalho foi liderado pelo professor GAO Xiang do Instituto de Tecnologia Avançada de Shenzhen (SIAT) da Academia Chinesa de Ciências e pelo professor LU Lu do Instituto de Tecnologia de Harbin.
Os pesquisadores decidiram converter poluentes de águas residuais em biohíbridos semicondutores diretamente no ambiente de águas residuais. O conceito envolve a utilização de carbono orgânico, metais pesados e compostos de sulfato presentes nas águas residuais como matérias-primas para a construção desses biohíbridos e, posteriormente, convertê-los em produtos químicos valiosos.

No entanto, as verdadeiras águas residuais industriais geralmente variam na sua composição de principais poluentes orgânicos, metais pesados e poluentes complexos, todos eles frequentemente tóxicos para as células bacterianas e difíceis de serem metabolizados eficientemente. Também contém altos níveis de sal e oxigênio dissolvido que requerem bactérias com capacidade aeróbica de redução de sulfato. Portanto, é um desafio usar águas residuais como matéria-prima para bactérias.

Para superar isso, os pesquisadores selecionaram uma bactéria marinha de rápido crescimento, Vibrio natriegens, que possui tolerância excepcional a altas concentrações de sal e capacidade de utilização de diversas fontes de carbono. Eles introduziram uma via de redução aeróbica de sulfato em V. natriegens e treinaram a cepa projetada para utilizar diferentes fontes de metal e carbono para produzir biohíbridos semicondutores diretamente a partir dessas águas residuais.

Seu principal produto químico alvo para produção foi o 2,3-butanodiol (BDO), um produto químico valioso.

Ao projetar uma cepa de V. natriegens, eles geraram sulfeto de hidrogênio, que desempenhou um papel fundamental na facilitação da produção de nanopartículas de CdS que absorvem luz com eficiência. Essas nanopartículas, conhecidas por sua biocompatibilidade, permitiram a criação in-situ de biohíbridos semicondutores e permitiram que bactérias não fotossintéticas utilizassem luz.

Os resultados mostraram que esses biohíbridos ativados pela luz solar exibiram uma produção de BDO significativamente melhorada, superando os rendimentos alcançáveis apenas através de células bacterianas. Além disso, o processo apresentou escalabilidade, alcançando a produção de BDO movida a energia solar numa escala substancial de 5 litros utilizando águas residuais reais.

A avaliação do ciclo de vida mostra que esta rota biohíbrida específica tem um ganho substancial de sustentabilidade em comparação com as rotas convencionais de produção de 2,3-butanodiol.

“A plataforma biohíbrida não apenas apresenta uma pegada de carbono mais baixa, mas também reduz os custos do produto, levando a um impacto ambiental geral menor quando comparada à fermentação bacteriana tradicional e aos métodos de produção de BDO baseados em combustíveis fósseis”, disse o Prof. “Notavelmente, esses biohíbridos poderiam ser produzidos usando uma variedade de fontes de águas residuais.”

Os autores dizem que o trabalho pode dar um passo à frente na biofabricação movida a energia solar e na conversão de resíduos em riqueza e abrir caminho para uma produção mais limpa e uma economia circular.