جذب زیستی دی‌اکسیدکربن توسط میکروارگانیسم های مهندسی شده
پردیس فناوری کیش طرح مشاوره متخصصین صنعت و مدیریت گروه علوم ومهندسی محیط زیست
دی‌اکسیدکربن یکی از گازهای گلخانه‌ای است که باعث پدیده گرمایش زمین می‌شود.
جذب و جداسازی دی‌اکسیدکربن توسط میکروارگانیسم‌ها علاوه‌بر حل مسأله تغییرات اقلیمی و گرمایش جهانی، محصولات مفیدی مانند بیودیزل‌ها را نیز تولید می‌کند.
جداسازی دی‌اکسیدکربن: از زمین تا سلول
افزایش غلظت دی‌اکسیدکربن یکی از عوامل پدیده پیچیده گرمایش جهانی است.
این مشکل، جامعه علمی و صنعتی را بر آن داشته است که روش‌هایی را برای ذخیره‌سازی و کاهش انتشار این گاز پیدا کنند.
جداسازی دی‌اکسیدکربن توسط میکروارگانیسم‌ها، روش دوست‌دار محیط‌زیستی است که علاوه بر کاهش انتشار دی‌اکسیدکربن، باعث تولید محصولات با ارزشی نیز می‌شود.
راهبردهای بهبود این فرایند شامل هر دو گزینه :
- افزایش جذب دی‌اکسیدکربن توسط میکروارگانیسم‌ها
- کاهش انتشار آن توسط آن‌ها می‌باشد. (شکل 1)
هر دو میکروارگانیسم اتوتروف و هتروتروف دی‌اکسیدکربن را جذب می‌کنند.
میکروارگانیسم‌های اتوتروف دی‌اکسیدکربن را به‌عنوان منبع کربن مصرف می‌کنند و مواد با ارزشی مانند بیودیزل، آنتی‌اکسیدان، کود زیستی و ترکیبات زیست‌فعال تولید می‌کنند.
البته هم‌چنان مقدار و سرعت تولید مواد شیمیایی از میکروارگانیسم‌های اتوتروف باید بهبود یابد.
به‌طور مثال، بیشترین سرعت تولید چربی از ریزجلبک، 5 گرم بر مترمربع بر روز است در حالی که برای اقتصادی کردن فرایند، این مقدار باید به 30 گرم بر مترمربع بر روز برسد.
در مقابل، میکروارگانیسم‌های هتروتروف می‌توانند مواد شیمیایی مانند لاکتات و اتانول را با سرعت بیشتری تولید کنند.
علاوه بر این، ابزارهای ژنتیکی برای هتروتروف‌ها پیشرفته‌تر است. با این وجود، جذب دی‌اکسیدکربن در هتروتروف‌ها وابسته به استفاده از مواد آلی است تا انرژی لازم را تأمین کند.
در این صورت، جذب کلی دی‌اکسیدکربن زمانی اتفاق می‌افتد که محصولات خاصی مانند ملات و سوکسینات تولید شود.
چالش اصلی استفاده از میکروارگانیسم‌های هتروتروف فراهم آوردن منبع دیگری از انرژی برای سلول است.
طی فرایند تخمیر میکربی، دی‌اکسیدکربن از واکنش‌های دیکربوکسیلاسیون، اکسیداسیون احیاء و تولید آدنوزین‌تری‌فسفات آزاد می‌شود.
تولید دی‌اکسیدکربن باعث کاهش بازدهی تولید مواد دیگر می‌شود زیرا از هر 3 اتم کربن یکی از آن‌ها تبدیل به دی‌اکسیدکربن و 2 عدد از آن‌ها به اتانول تبدیل می‌شود.
علاوه براین، آزادسازی میکروبی دی‌اکسیدکربن ممکن است باعث کاهش جذب آن توسط میکروارگانیسم‌های اتوتروف شود.
راه‌های متابولیکی و متابولیسم انرژی سلول‌ها می‌تواند بهبود یابد تا از وقوع این اتفاقات منفی جلوگیری شود.