Poznajcie mikroby, które przekształcają toksyczny tlenek węgla w cenne biopaliwo

Źródło zdjęcia: https://unsplash.com/es/fotos/un-primer-plano-de-una-sustancia-azul-y-amarilla-w_u7hcVh8_M 

Wiele mikrobów żyjących na Ziemi robi wszystko, co w ich mocy, aby utrzymać te cykle w doskonałym porządku. Zaznaczyć trzeba jednak, że interwencje człowieka znacząco zmieniły równowagę więcej niż jednego z nich. Brzmi to dość ponuro – i po części tak jest. 

Nadszedł czas na zmiany. Kluczem do nich może być prosta cecha, którą dzielimy z każdym żywym organizmem na Ziemi. Wszystkie organizmy potrzebują pożywienia, od tych mikroskopijnie małych po największe płetwale błękitne. Dla mikrobów praktycznie wszystko może posłużyć za pożywienie. Niektóre z nich żywią się jabłkami, inne wolą laktozę, pomagając nam wytwarzać jogurt i ser. Wiele mikrobów delektuje się też odpadami.

Jest to niezwykle przydatne, jeśli chodzi np. o oczyszczanie ścieków. Miliardy drobnoustrojów w oczyszczalniach z radością pochłaniają wszystkie składniki odżywcze znajdujące się w wodzie, która jest spłukiwana do naszych kanalizacji. Zmniejsza to ryzyko zachorowania i pomaga poprawić jakość wód powierzchniowych. Niesamowite, prawda?

Niektóre mikroby na naszej planecie mogą zamieniać swoje pożywienie w paliwa. One również żywią się odpadami.

Przez cztery lata badałam mikroby produkujące paliwo, które żywią się tlenkiem węgla – wysoce toksycznym, łatwopalnym gazem, który powstaje m.in. podczas produkcji stali. Obecnie przemysł stalowy produkuje około 2 miliardów ton stali rocznie, a tlenek węgla stanowi od 20% do 30% gazów odlotowych. Ten odpadowy tlenek węgla jest obecnie spalany w celu wytworzenia dwutlenku węgla – mniej toksycznego, ale nadal dość szkodliwego. Mikroby pochłaniające tlenek węgla mogłyby jednak przekształcić te ogromne ilości gazów odlotowych w ekologiczne paliwo.

Malutcy chemicy

Mikroby pochłaniające tlenek węgla, które badałam podczas mojego doktoratu, mogą wytwarzać bioetanol – biopaliwo, które już od kilkudziesięciu lat jest dodawane do zwykłych paliw, aby uczynić je nieco bardziej ekologicznymi.

Jednakże, większość bioetanolu na świecie produkowana jest z roślin spożywczych. Zapoczątkowało to debatę na temat przedkładania paliwa nad żywność: Czy naprawdę powinniśmy wykorzystywać uprawy do napędzania naszych samochodów, gdy znaczna część światowej populacji głoduje?

Na szczęście nasi mali przyjaciele żywiący się tlenkiem węgla mogą wytwarzać etanol z gazów odlotowych. Badałam, jak zmusić je do wytwarzania jak największej ilości etanolu tak szybko, jak to możliwe.

W celu zbadania tych mikrobów umożliwiłam im rozwój w szklanych naczyniach o pojemności 3 litrów, zwanych bioreaktorami. Każdy bioreaktor zawierał pęcherzyki cennego tlenku węgla, który moje mikroby wykorzystywały jako źródło pożywienia. Kontrolowałam ilość spożywanego przez nie tlenku węgla i tempo ich wzrostu. Mogłam dodać zapasy żywności lub porównać reakcję mikrobów na nagłe dawki tlenku węgla lub jego ciągły, jednostajny strumień. Dzięki tej kontroli byłam w stanie przetestować granice zdolności tych mikroorganizmów do spożywania tlenku węgla.

Jednak nawet dla żywiących się nim mikrobów tlenek węgla potrafi być toksyczny. Zasadniczo dzieje się tak dlatego, że nie mogą one zdecydować, czy chcą go przyjmować, czy nie. Tlenek węgla jest swego rodzaju tyranem. Jeśli tam jest, muszą go spożyć – podobnie jak panna Trunchbull zmuszająca biednego Bruce'a do zjedzenia całego tortu czekoladowego w powieści „Matylda” Roalda Dahla. Tak jak Bruce, zjadacze tlenku węgla są nieugięci. Jeśli stężenie substancji wokół nich staje się zbyt wysokie, radzą sobie z tym poprzez przekształcenie jej w etanol.

Jest to również możliwe do wyskalowania w świecie rzeczywistym. Amerykańska firma LanzaTech na pełną skalę przekształca w fabrykach pochodzące z hut stali gazy odlotowe oraz inne strumienie odpadów w bioetanol. Wszystko to jest możliwe dzięki mikrobom, maleńkim chemikom, których nie jesteśmy w stanie dostrzec, nawet gołym okiem: „Recykling węgla za pomocą biologii” – jak twierdzi LanzaTech.

Mikroby są małe, mogą jednak dokonać ogromnych zmian i pomóc nam wrócić do społeczeństwa o zamkniętym obiegu, które nadaje nową wartość odpadom. Nadszedł czas, aby przyłączyć się do ich walki.

Artykuł został opublikowany 7 października 2024 roku.