Βιοϋβριδική αλχημεία: Μετατροπή ρύπων των λυμάτων σε χημικά | Envirotec

Οι ερευνητές έχουν προτείνει μια νέα μέθοδο για τη μετατροπή των ρύπων των λυμάτων σε πολύτιμες χημικές ουσίες χρησιμοποιώντας το ηλιακό φως, προσφέροντας μια λεωφόρο για βιώσιμη και κυκλική χημική παραγωγή.

Η συμβατική χημική παραγωγή βασίζεται σε διαδικασίες έντασης ενέργειας. Τα βιοϋβρίδια ημιαγωγών, τα οποία συνδυάζουν αποτελεσματικά υλικά συλλογής φωτός και ζωντανά κύτταρα, έχουν αναδειχθεί ως μια συναρπαστική δυνατότητα για όσους θέλουν να χρησιμοποιήσουν την ηλιακή ενέργεια για την παραγωγή χημικών, λένε οι συγγραφείς αυτής της νέας μελέτης.

Η πρόκληση έγκειται τώρα στην εύρεση ενός οικονομικά βιώσιμου και φιλικού προς το περιβάλλον τρόπου κλιμάκωσης της τεχνολογίας.

Δημοσιεύτηκε στο Φύση Βιωσιμότητα τον Οκτώβριο.

Επικεφαλής της εργασίας ήταν ο καθηγητής GAO Xiang από το Shenzhen Institute of Advanced Technology (SIAT) της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών και ο καθηγητής LU Lu από το Τεχνολογικό Ινστιτούτο Harbin.
Οι ερευνητές αποφάσισαν να μετατρέψουν τους ρύπους από τα λύματα σε βιοϋβρίδια ημιαγωγών απευθείας στο περιβάλλον των λυμάτων. Η ιδέα περιλαμβάνει τη χρήση του οργανικού άνθρακα, των βαρέων μετάλλων και των θειικών ενώσεων που υπάρχουν στα λύματα ως πρώτες ύλες για την κατασκευή αυτών των βιουβριδίων και στη συνέχεια τη μετατροπή τους σε πολύτιμες χημικές ουσίες.

Ωστόσο, τα πραγματικά βιομηχανικά λύματα ποικίλλουν συνήθως ως προς τη σύνθεσή τους από σημαντικούς οργανικούς ρύπους, βαρέα μέταλλα και πολύπλοκους ρύπους, όλοι από τους οποίους είναι συχνά τοξικοί για τα βακτηριακά κύτταρα και δύσκολα μεταβολίζονται αποτελεσματικά. Περιέχει επίσης υψηλά επίπεδα αλατιού και διαλυμένο οξυγόνο που απαιτούν βακτήρια με αερόβια ικανότητα μείωσης των θειικών. Ως εκ τούτου, είναι δύσκολο να χρησιμοποιηθούν τα λύματα ως πρώτη ύλη βακτηρίων.

Για να ξεπεραστεί αυτό, οι ερευνητές επέλεξαν ένα ταχέως αναπτυσσόμενο θαλάσσιο βακτήριο, το Vibrio natriegens, το οποίο έχει εξαιρετική ανοχή στην υψηλή συγκέντρωση αλατιού και την ικανότητα να χρησιμοποιεί διάφορες πηγές άνθρακα. Εισήγαγαν ένα αερόβιο μονοπάτι μείωσης των θειικών στο V. natriegens και εκπαίδευσαν το κατασκευασμένο στέλεχος να χρησιμοποιεί διαφορετικές πηγές μετάλλων και άνθρακα προκειμένου να παράγει βιοϋβρίδια ημιαγωγών απευθείας από τέτοια λύματα.

Η κύρια χημική ουσία-στόχος για την παραγωγή τους ήταν η 2,3-βουτανοδιόλη (BDO), ένα πολύτιμο χημικό προϊόν.

Κατασκευάζοντας ένα στέλεχος V. natriegens, παρήγαγαν υδρόθειο, το οποίο έπαιξε καθοριστικό ρόλο στη διευκόλυνση της παραγωγής νανοσωματιδίων CdS που απορροφούν αποτελεσματικά το φως. Αυτά τα νανοσωματίδια, γνωστά για τη βιοσυμβατότητά τους, επέτρεψαν την επί τόπου δημιουργία βιουβριδίων ημιαγωγών και επέτρεψαν στα μη φωτοσυνθετικά βακτήρια να χρησιμοποιήσουν το φως.

Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι αυτά τα βιοϋβρίδια που ενεργοποιούνται από το φως του ήλιου εμφάνισαν σημαντικά ενισχυμένη παραγωγή BDO, ξεπερνώντας τις αποδόσεις που μπορούν να επιτευχθούν μόνο μέσω των βακτηριακών κυττάρων. Επιπλέον, η διαδικασία επέδειξε επεκτασιμότητα, επιτυγχάνοντας παραγωγή BDO με ηλιακή ενέργεια σε σημαντική κλίμακα 5 λίτρων χρησιμοποιώντας πραγματικά λύματα.

Η αξιολόγηση του κύκλου ζωής δείχνει ότι αυτή η συγκεκριμένη βιοϋβριδική οδός έχει σημαντικό κέρδος βιωσιμότητας σε σύγκριση με τις συμβατικές οδούς παραγωγής 2,3-βουτανοδιόλης.

«Η βιοϋβριδική πλατφόρμα όχι μόνο διαθέτει χαμηλότερο αποτύπωμα άνθρακα, αλλά μειώνει και το κόστος του προϊόντος, οδηγώντας σε συνολικά μικρότερο περιβαλλοντικό αντίκτυπο σε σύγκριση με τις παραδοσιακές μεθόδους βακτηριακής ζύμωσης και παραγωγής BDO που βασίζονται σε ορυκτά καύσιμα», δήλωσε ο καθηγητής GAO. Είναι αξιοσημείωτο ότι αυτά τα βιοϋβρίδια θα μπορούσαν να παραχθούν χρησιμοποιώντας μια ποικιλία πηγών λυμάτων.

Οι συγγραφείς λένε ότι το έργο μπορεί να φέρει την ηλιακή βιοκατασκευή και τη μετατροπή από απόβλητα σε πλούτο ένα βήμα μπροστά και να ανοίξει το δρόμο για καθαρότερη παραγωγή και κυκλική οικονομία.

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Ενδυναμώστε τον εαυτό σας. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoESG. Ανθρακας, Cleantech, Ενέργεια, Περιβάλλον, Ηλιακός, Διαχείριση των αποβλήτων. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoHealth. Ευφυΐα βιοτεχνολογίας και κλινικών δοκιμών. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://envirotecmagazine.com/2024/01/12/biohybrid-alchemy-transforming-wastewater-contaminants-into-chemicals/