14:53 2023-05-31
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Prima confirmare experimentală că unii microbi sunt alimentați de electricitate
_ Prima confirmare experimentală că unii microbi sunt alimentați de electricitate
În electrosinteza microbiană, microorganismele folosesc CO2 și electricitate pentru a produce alcool, de exemplu. Cum funcționează biologic acest proces, totuși, a fost doar speculat până acum. Cercetătorii de la Institutul Leibniz de Cercetare a Produselor Naturale și Biologie a Infecțiilor (Leibniz-HKI) au putut acum să confirme experimental, pentru prima dată, că bacteriile folosesc electroni din hidrogen și pot produce mai multe substanțe chimice decât se știa anterior. Cercetările lor au fost publicate în revista Green Chemistry.
Electrosinteza microbiană este o tehnologie promițătoare pe fundalul schimbărilor climatice și al tranziției energetice: poate lega dioxidul de carbon, poate produce etanol și alți compuși organici care pot fi utilizați drept combustibil și, astfel, stochează excesul de electricitate. Cu toate acestea, tehnologia, care este cunoscută de mai bine de un deceniu, nu a reușit până acum să obțină vreo descoperire semnificativă în ceea ce privește comercializarea.
Conform Miriam Rosenbaum, șeful Uzinei Pilot Bio la Leibniz-HKI, acest lucru se datorează în principal pentru că „biologia din spatele procesului a fost considerată până acum un fel de cutie neagră”. Biochimistul, care deține catedra de biotehnologie sintetică la Universitatea Friedrich Schiller din Jena, s-a dedicat mult timp întrebării ce se întâmplă exact în timpul electrosintezei microbiene (MES).
Echipa a făcut acum o descoperire în domeniul tocmai aceasta zona. Cercetătorii au reușit să arate că bacteriile nu absorb direct electronii furnizați de curentul electric, ci folosesc hidrogenul pentru a transfera electronii. Acest lucru fusese mult timp bănuit ca o posibilitate, dar până acum nimeni nu furnizase dovezi experimentale. Ei au descoperit, de asemenea, că metoda ar putea produce substanțe chimice și mai utile decât se credea anterior și a optimizat procesul pentru a obține cele mai mari randamente posibile.
În MES, electricitatea este aplicată unei soluții nutritive apoase care conține microorganisme, iar dioxidul de carbon este adaugata in acelasi timp. Microorganismele folosesc electricitatea și carbonul pentru a produce compuși organici precum etanolul sau acetatul. Pentru a face acest lucru, ei folosesc electronii furnizați, dar până acum nu era clar cum.
„A existat un studiu care presupunea că microbii foloseau electronii direct”, spune Rosenbaum. Cu toate acestea, această ipoteză nu a fost dovedită. Rosenbaum a crezut că este mai probabil ca microbii să folosească hidrogen pentru biosinteza lor. Asta pentru că atunci când se aplică electricitate și dioxid de carbon, ceea ce se întâmplă este la fel ca în electroliza clasică: apa este împărțită în hidrogen și oxigen.
„Până acum, nimeni nu a măsurat cu adevărat hidrogenul direct în sistem, ", explică Santiago Boto, autorul principal al studiului. Prin urmare, a configurat reactorul MES astfel încât să poată controla cu precizie toți parametrii. Pentru a face acest lucru, el folosește o cultură pură cu bacteria Clostridium ljungdahlii într-o gamă de concentrații diferite. În plus, el poate controla fluxul de curent electric și poate măsura hidrogenul produs la electrod și hidrogenul care iese din lichid folosind microsenzori.
„Cu designul nostru, am putut aduna mai multe dovezi că bacteriile foloseau hidrogen”, a spus Boto. Când concentrația de bacterii în mediul nutritiv a fost astfel încât acestea au format un biofilm pe catod și puțin hidrogen a fost măsurabil în mediul electrodului, activitatea bacteriilor a fost redusă semnificativ. Acest lucru s-a întâmplat și când tensiunea nu a fost suficient de mare pentru electroliză. Doar atunci când hidrogenul era liber disponibil pentru planctonic – adică. înot liber — bacteriile de la electrod au arătat o activitate ridicată.
În acest fel, echipa de cercetare a reușit să optimizeze tensiunea și concentrația bacteriană pentru a obține cele mai mari randamente posibile de acetat. „Am avut cele mai mari valori de acetat atinse până în prezent pentru o cultură pură de bacterii”, a spus Boto. Ca rezultat secundar, el a mai descoperit că s-au format compuși amino pe care bacteriile nu îi produc în mod normal. În colaborare cu Falk Harnisch de la Centrul de Cercetare a Mediului din Leipzig, lucrările au arătat, de asemenea, că au loc reacții între mediul nutritiv și catod, care nici nu fuseseră descrise înainte, accelerând aparent procesul de sinteză.
Echipa vrea acum să optimizeze procesele și mai mult și să exploreze în mod specific descoperirile anterioare. „Compușii amino sunt foarte interesanți pentru industria chimică, iar bacteriile pe care le-am folosit sunt deja în uz industrial. Este posibil să fi descoperit astfel o nouă metodă de producție pentru astfel de substanțe chimice”, a spus Boto.
În general, rezultatele ar trebui să facă MES viabil din punct de vedere comercial. „Ma aștept că vom vedea o creștere puternică a acestei tehnologii în următorii ani, când în sfârșit ne vom concentra și pe biologie”, a spus Rosenbaum. Bio Pilot Plant colaborează în acest sens și colaborează cu inginerii de proces pentru a dezvolta reactoare mai mari pentru MES.
Comentarii:
Adauga Comentariu