Alchimie biohibridă: Transformarea contaminanților apelor uzate în substanțe chimice

Republicat de Platon

Urmaritori: 0

Cercetătorii au propus o nouă metodă de transformare a contaminanților apelor uzate în substanțe chimice valoroase folosind lumina soarelui, oferind o cale pentru fabricarea chimică durabilă și circulară.

Fabricarea chimică convențională se bazează pe procese consumatoare de energie. Biohibrizii semiconductori, care combină materiale eficiente de captare a luminii și celule vii, au apărut ca o posibilitate interesantă pentru cei care doresc să folosească energia solară pentru a produce substanțe chimice, spun autorii acestui nou studiu.

Provocarea constă acum în găsirea unei modalități viabile din punct de vedere economic și ecologic de extindere a tehnologiei.

A fost publicat în Natură durabilă în luna octombrie.

Lucrarea a fost condusă de profesorul GAO Xiang de la Institutul de Tehnologie Avansată Shenzhen (SIAT) al Academiei Chineze de Științe și de profesorul LU Lu de la Institutul de Tehnologie Harbin.
Cercetătorii și-au propus să transforme poluanții din apele uzate în biohibrizi semiconductori direct în mediul apelor uzate. Conceptul implică utilizarea carbonului organic, a metalelor grele și a compușilor sulfati prezenți în apele uzate ca materii prime pentru construirea acestor biohibrizi și, ulterior, transformarea lor în substanțe chimice valoroase.

Cu toate acestea, apa uzată industrială reală variază de obicei în compoziția sa de poluanți organici majori, metale grele și poluanți complecși, toți fiind adesea toxici pentru celulele bacteriene și greu de metabolizat eficient pentru acestea. De asemenea, conține niveluri ridicate de sare și oxigen dizolvat care necesită bacterii cu o capacitate aerobă de reducere a sulfatului. Prin urmare, este dificil să folosiți apele uzate ca materie primă pentru bacterii.

Pentru a depăși acest lucru, cercetătorii au selectat o bacterie marină cu creștere rapidă, Vibrio natriegens, care are o toleranță excepțională la concentrația mare de sare și o capacitate de a utiliza diferite surse de carbon. Ei au introdus o cale aerobă de reducere a sulfatului în V. natriegens și au instruit tulpina proiectată să utilizeze diferite surse de metal și carbon pentru a produce biohibrizi semiconductori direct din astfel de ape uzate.

Principala lor substanță chimică țintă pentru producție a fost 2,3-butandiol (BDO), o substanță chimică de bază valoroasă.

Prin proiectarea unei tulpini de V. natriegens, au generat hidrogen sulfurat, care a jucat un rol esențial în facilitarea producerii de nanoparticule de CdS care absorb eficient lumina. Aceste nanoparticule, renumite pentru biocompatibilitatea lor, au permis crearea in situ de biohibrizi semiconductori și au permis bacteriilor non-fotosintetice să utilizeze lumina.

Rezultatele au arătat că acești biohibrizi activați de lumina soarelui au prezentat o producție de BDO semnificativ îmbunătățită, depășind randamentele atinse numai prin celulele bacteriene. În plus, procesul a afișat scalabilitate, realizând producția de BDO acționată de soare la o scară substanțială de 5 litri folosind apa uzată reală.

Evaluarea ciclului de viață arată că această rută biohibridă specifică are un câștig substanțial de durabilitate în comparație cu rutele convenționale de producție de 2,3-butandiol.

„Platforma biohibridă nu numai că se mândrește cu o amprentă de carbon mai mică, dar reduce și costurile produselor, ceea ce duce la un impact general mai mic asupra mediului în comparație atât cu fermentația bacteriană tradițională, cât și cu metodele de producție BDO bazate pe combustibili fosili”, a spus prof. GAO. „În mod remarcabil, acești biohibrizi ar putea fi produși folosind o varietate de surse de apă uzată.”

Autorii spun că lucrarea poate aduce bioproducția alimentată de solar și conversia deșeurilor în bogăție cu un pas înainte și poate deschide calea către o producție mai curată și o economie circulară.