Biohybrid Alchemy: Transforming Wastewater Contaminants Into Chemicals

Ponovno objavil Platon

Spremljevalci: 0

Raziskovalci so predlagali novo metodo za pretvorbo onesnaževalcev odpadne vode v dragocene kemikalije z uporabo sončne svetlobe, ki ponuja pot za trajnostno in krožno kemično proizvodnjo.

Konvencionalna kemična proizvodnja temelji na energetsko intenzivnih procesih. Polprevodniški biohibridi, ki združujejo učinkovite materiale za pridobivanje svetlobe in žive celice, so se pojavili kot vznemirljiva možnost za tiste, ki želijo uporabiti sončno energijo za proizvodnjo kemikalij, pravijo avtorji te nove študije.

Zdaj je izziv najti ekonomsko upravičen in okolju prijazen način za razširitev tehnologije.

Objavljeno je bilo v Trajnost narave v oktobru.

Delo sta vodila profesor GAO Xiang iz Shenzhen Institute of Advanced Technology (SIAT) Kitajske akademije znanosti in profesor LU Lu iz Harbin Institute of Technology.
Raziskovalci so se odločili pretvoriti onesnaževala iz odpadne vode v polprevodniške biohibride neposredno v okolju odpadne vode. Koncept vključuje uporabo organskega ogljika, težkih kovin in sulfatnih spojin, prisotnih v odpadni vodi, kot surovin za izdelavo teh biohibridov in njihovo kasnejšo pretvorbo v dragocene kemikalije.

Kljub temu se prava industrijska odpadna voda običajno razlikuje glede na sestavo večjih organskih onesnaževal, težkih kovin in kompleksnih onesnaževal, ki so vsi pogosto strupeni za bakterijske celice in jih te težko učinkovito presnavljajo. Vsebuje tudi visoko vsebnost soli in raztopljenega kisika, ki zahteva bakterije z aerobno redukcijo sulfatov. Zato je odpadno vodo težko uporabljati kot vir bakterij.

Da bi to premagali, so raziskovalci izbrali hitro rastočo morsko bakterijo Vibrio natriegens, ki ima izjemno toleranco za visoko koncentracijo soli in sposobnost izkoriščanja različnih virov ogljika. V V. natriegens so uvedli aerobno redukcijsko pot sulfata in usposobili izdelani sev za uporabo različnih virov kovin in ogljika, da bi proizvedli biohibride polprevodnikov neposredno iz takšne odpadne vode.

Njihova glavna ciljna kemikalija za proizvodnjo je bil 2,3-butandiol (BDO), dragocena kemikalija.

Z inženiringom vrste V. natriegens so ustvarili vodikov sulfid, ki je imel ključno vlogo pri omogočanju proizvodnje nanodelcev CdS, ki učinkovito absorbirajo svetlobo. Ti nanodelci, znani po svoji biokompatibilnosti, so omogočili ustvarjanje polprevodniških biohibridov in situ in nefotosintetskim bakterijam omogočili izrabo svetlobe.

Rezultati so pokazali, da so ti biohibridi, aktivirani s sončno svetlobo, pokazali znatno povečano proizvodnjo BDO, ki je presegla donose, ki jih je mogoče doseči samo z bakterijskimi celicami. Poleg tega je proces pokazal razširljivost in dosegel proizvodnjo BDO na sončni pogon v znatnem 5-litrskem obsegu z uporabo dejanske odpadne vode.

Ocena življenjskega cikla kaže, da ima ta specifična biohibridna pot precejšnje povečanje trajnosti v primerjavi s konvencionalnimi načini proizvodnje 2,3-butandiola.

"Biohibridna platforma se ne ponaša le z nižjim ogljičnim odtisom, ampak tudi znižuje stroške izdelka, kar vodi do splošnega manjšega vpliva na okolje v primerjavi s tradicionalno bakterijsko fermentacijo in proizvodnimi metodami BDO, ki temeljijo na fosilnih gorivih," je dejal prof. GAO. "Nenavadno je, da bi te biohibride lahko proizvedli z uporabo različnih virov odpadne vode."

Avtorji pravijo, da lahko delo prinese bioproizvodnjo, ki jo poganja sonce, in pretvorbo odpadkov v bogastvo korak naprej ter utre pot do čistejše proizvodnje in krožnega gospodarstva.