Biohybrid Alchemy: Transforming Wastewater Contaminants Into Chemicals

Перевидано Платоном

читають: 0

Дослідники запропонували новий метод перетворення забруднень стічних вод на цінні хімічні речовини за допомогою сонячного світла, пропонуючи шлях до сталого циклічного хімічного виробництва.

Традиційне хімічне виробництво базується на енергоємних процесах. Напівпровідникові біогібриди, які поєднують ефективні матеріали, що збирають світло, і живі клітини, стали захоплюючою можливістю для тих, хто хоче використовувати сонячну енергію для виробництва хімікатів, кажуть автори цього нового дослідження.

Зараз завдання полягає в тому, щоб знайти економічно життєздатний і екологічно чистий спосіб розширення технології.

Було опубліковано в Природостійкість в жовтні.

Роботу очолили професор GAO Xiang з Шеньчженського інституту передових технологій (SIAT) Китайської академії наук і професор LU Lu з Харбінського технологічного інституту.
Дослідники вирішили перетворити забруднюючі речовини зі стічних вод на напівпровідникові біогібриди безпосередньо в стічних водах. Концепція передбачає використання органічного вуглецю, важких металів і сульфатних сполук, присутніх у стічних водах, як сировини для побудови цих біогібридів, а потім їх перетворення на цінні хімічні речовини.

Тим не менш, справжні промислові стічні води зазвичай відрізняються за своїм складом основних органічних забруднювачів, важких металів і складних забруднюючих речовин, які часто є токсичними для бактеріальних клітин і їм важко метаболізуватись. Він також містить високий рівень солі та розчиненого кисню, для чого необхідні бактерії з аеробною здатністю до відновлення сульфату. Таким чином, важко використовувати стічні води як сировину для бактерій.

Щоб подолати це, дослідники вибрали швидкозростаючу морську бактерію Vibrio natriegens, яка має виняткову толерантність до високої концентрації солі та здатність використовувати різні джерела вуглецю. Вони запровадили аеробний шлях відновлення сульфатів у V. natriegens і навчили сконструйований штам використовувати різні джерела металу та вуглецю для отримання біогібридів напівпровідників безпосередньо з таких стічних вод.

Їх основною цільовою хімічною речовиною для виробництва був 2,3-бутандіол (BDO), цінний хімічний товар.

Створивши штам V. natriegens, вони генерували сірководень, який відіграв ключову роль у полегшенні виробництва наночастинок CdS, які ефективно поглинають світло. Ці наночастинки, відомі своєю біосумісністю, дозволили створювати на місці біогібриди напівпровідників і дозволили нефотосинтетичним бактеріям використовувати світло.

Результати показали, що ці активовані сонячним світлом біогібриди показали значно підвищене виробництво BDO, перевершуючи врожайність, досягнуту лише бактеріальними клітинами. Крім того, процес продемонстрував масштабованість, досягнувши виробництва BDO на сонячних батареях у значному 5-літровому масштабі з використанням фактичних стічних вод.

Оцінка життєвого циклу показує, що цей специфічний біогібридний шлях має суттєвий приріст стійкості порівняно зі звичайними шляхами виробництва 2,3-бутандіолу.

«Біогібридна платформа не тільки може похвалитися меншим викидом вуглецю, але й зменшує витрати на продукт, що призводить до загального меншого впливу на навколишнє середовище в порівнянні як з традиційним бактеріальним бродінням, так і з методами виробництва BDO на основі викопного палива», — сказав професор ГАО. «Дивно, що ці біогібриди можна виробляти з використанням різних джерел стічних вод».

Автори кажуть, що ця робота може зробити крок вперед у біовиробництві на сонячних батареях і перетворенні відходів на багатство та прокласти шлях до чистішого виробництва та циклічної економіки.