Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Các nhà nghiên cứu đã phát triển các sinh vật lai nano có khả năng sử dụng carbon dioxide và nitơ trong không khí để sản xuất nhiều loại nhựa và nhiên liệu, bước đầu tiên đầy hứa hẹn đối với quá trình cô lập carbon chi phí thấp và sản xuất thân thiện với môi trường cho hóa chất.
Các nhà nghiên cứu của Đại học Colorado Boulder đã phát triển các sinh vật lai nano có khả năng sử dụng carbon dioxide và nitơ trong không khí để sản xuất nhiều loại nhựa và nhiên liệu, bước đầu tiên đầy hứa hẹn đối với việc cô lập carbon chi phí thấp và sản xuất thân thiện với môi trường cho hóa chất.
Bằng cách sử dụng các chấm lượng tử kích hoạt bằng ánh sáng để đốt cháy các enzyme đặc biệt trong tế bào vi sinh vật, các nhà nghiên cứu đã có thể tạo ra các “nhà máy sống” ăn CO 2 có hại và biến nó thành các sản phẩm hữu ích như nhựa phân hủy sinh học, xăng, amoniac và diesel sinh học.
“Sự đổi mới là một minh chứng cho sức mạnh của các quá trình sinh hóa”, Prashant Nagpal, tác giả chính của nghiên cứu và là giáo sư trợ lý tại Khoa Kỹ thuật Hóa học và Sinh học của CU Boulder cho biết. “Chúng tôi đang xem xét một kỹ thuật có thể cải thiện khả năng thu giữ CO 2 để chống lại biến đổi khí hậu và một ngày nào đó thậm chí có khả năng thay thế việc sản xuất sử dụng nhiều carbon cho nhựa và nhiên liệu.”
Dự án bắt đầu vào năm 2013, khi Nagpal và các đồng nghiệp của mình bắt đầu khám phá tiềm năng rộng lớn của các chấm lượng tử nano, đó là các chất bán dẫn nhỏ tương tự như được sử dụng trong các TV. Các chấm lượng tử có thể được tiêm vào các tế bào một cách thụ động và được thiết kế để gắn và tự lắp ráp với các enzyme mong muốn và sau đó kích hoạt các enzyme này theo lệnh sử dụng các bước sóng ánh sáng cụ thể.
Nagpal muốn xem liệu các chấm lượng tử có thể hoạt động như một tia lửa để bắn các enzyme đặc biệt trong các tế bào vi sinh vật có phương tiện để chuyển đổi CO 2 và nitơ trong không khí , nhưng không làm như vậy một cách tự nhiên do thiếu quang hợp.
Bằng cách khuếch tán các chấm được thiết kế đặc biệt vào các tế bào của các loài vi sinh vật phổ biến được tìm thấy trong đất, Nagpal và các đồng nghiệp đã thu hẹp khoảng cách. Bây giờ, việc tiếp xúc với một lượng nhỏ ánh sáng mặt trời gián tiếp sẽ kích hoạt sự thèm ăn CO 2 của vi khuẩn , mà không cần bất kỳ nguồn năng lượng hoặc thực phẩm nào để thực hiện các chuyển đổi sinh hóa sử dụng nhiều năng lượng.
“Mỗi tế bào đang tạo ra hàng triệu hóa chất này và chúng tôi cho thấy chúng có thể vượt quá năng suất tự nhiên gần 200%”, Nagpal nói.
Các vi khuẩn, nằm im trong nước, phát hành sản phẩm kết quả của chúng lên bề mặt, nơi nó có thể được tách ra và thu hoạch để sản xuất. Sự kết hợp khác nhau giữa các chấm và ánh sáng tạo ra các sản phẩm khác nhau: Bước sóng xanh làm cho vi khuẩn tiêu thụ nitơ và tạo ra amoniac trong khi bước sóng đỏ hơn làm cho vi khuẩn ăn vào CO 2 để tạo ra nhựa thay thế.
Quá trình cũng cho thấy những dấu hiệu đầy hứa hẹn về khả năng hoạt động ở quy mô. Nghiên cứu cho thấy ngay cả khi các nhà máy vi sinh vật được kích hoạt liên tục hàng giờ liền, chúng vẫn có một vài dấu hiệu cạn kiệt hoặc cạn kiệt, cho thấy các tế bào có thể tái tạo và do đó hạn chế nhu cầu quay.
“Chúng tôi đã rất ngạc nhiên khi nó hoạt động thanh lịch như nó đã làm,” Nagpal nói. “Chúng tôi chỉ mới bắt đầu với các ứng dụng tổng hợp.”
Kịch bản tương lai lý tưởng, Nagpal cho biết, sẽ có nhà ở một gia đình và doanh nghiệp đưa khí thải CO 2 của họ trực tiếp đến một ao nuôi gần đó, nơi vi khuẩn sẽ chuyển chúng thành nhựa sinh học. Các chủ sở hữu sẽ có thể bán sản phẩm thu được với một khoản lợi nhuận nhỏ trong khi về cơ bản bù đắp lượng khí thải carbon của chính họ.
“Ngay cả khi tỷ suất lợi nhuận thấp và nó không thể cạnh tranh với hóa dầu trên cơ sở chi phí thuần túy, vẫn có lợi ích xã hội để làm điều này”, Nagpal nói. “Nếu chúng ta có thể chuyển đổi ngay cả một phần nhỏ các ao mương địa phương, nó sẽ có tác động lớn đến sản lượng carbon của các thị trấn. Chẳng hạn, người ta sẽ không yêu cầu nhiều người thực hiện. việc này không còn phức tạp nữa. “
Trọng tâm bây giờ, ông nói, sẽ chuyển sang tối ưu hóa quá trình chuyển đổi và mang lại sinh viên đại học mới. Nagpal đang tìm cách chuyển đổi dự án thành một thí nghiệm trong phòng thí nghiệm đại học trong học kỳ mùa thu, được tài trợ bởi một quỹ tài trợ xuất sắc của CU Boulder Engineering. Nagpal tin rằng các sinh viên hiện tại của mình gắn bó với dự án trong suốt nhiều năm.
“Đó là một hành trình dài và công việc của họ là vô giá”, ông nói. “Tôi nghĩ rằng những kết quả này cho thấy rằng nó là giá trị nó.”
Nghiên cứu mới được công bố gần đây trên Tạp chí của Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ và được đồng tác giả bởi Yuchen Đinh và John Bertram của CU Boulder; Carrie Eckert của Phòng thí nghiệm năng lượng tái tạo quốc gia; và Rajesh Bommareddy, Rajan Patel, Alex Conradie và Samantha Bryan của Đại học Nottingham (Vương quốc Anh).
Nguồn truyện:
Tài liệu được cung cấp bởi Đại học Colorado tại Boulder . Bản gốc được viết bởi Trent Knoss. Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :