Jak snižovat oxid uhličitý? Třeba výrobou plastů

Boj za snižování množství oxidu uhličitého v atmosféře se dnes vede na mnoha frontách. Na další možný způsob, jak se zapojit do tohoto snažení, a přitom být i určitým způsobem produktivní, přišli vědci z německého Fraunhoferova ústavu IGB. Začali tento skleníkový plyn používat jako surovinu při výrobě plastů. Postup je následující: z oxidu uhličitého nejprve vyrobí metanol a kyselinu mravenčí, které následně prostřednictvím kontrolovaného působení mikroorganismů přemění na stavební bloky pro tvorbu polymerů. Na průmyslové využití této metody si však budeme muset ještě nějaký čas počkat, vědci totiž odhadují, že do praxe tato technologie může proniknout až za zhruba 10 let.

Podle odborných údajů dosáhla koncentrace CO2 v zemské atmosféře již přibližně 400 částic na jeden milion (ppm), což odpovídá 0,04 procenta. Pro srovnání: ještě v polovině 19. století se tato hodnota pohybovala kolem 280 ppm. Emise CO2 ze spalování fosilních paliv proto mají od počátku letošního roku „svoji cenu“ – výrobní společnosti od té doby musejí za své emise CO2 platit. Mnoho firem proto hledá způsoby, jak se těmto poplatkům vyhnout nebo je minimalizovat. Některé firmy si ale začaly klást i otázky typu: Jak můžeme snížit emise CO2 pomocí tzv. biologicky inteligentních procesů?

Zkusme to s biotechnologiemi

V současné době se výzkumům v tomto směru velmi intenzivně věnují vědci z německého Fraunhoferova ústavu pro mezifaciální a bioprocesní technologie (Fraunhofer-Institut IGB) v rámci projektů EVOBIO a ShaPID. Jedná se o technologicky velmi náročné projekty, proto na nich spolupracuje i několik dalších Fraunhoferových ústavů. „Oxid uhličitý používáme jako základní surovinu,“ říká Jonathan Fabarius, vedoucí výzkumu mikrobiální katalýzy na Fraunhofer IGB. „Postupujeme dvěma směry: jedním z nich je heterogenní chemická katalýza, při které pomocí katalyzátoru přeměňujeme CO2 na metanol. Druhým je elektrochemie, s jejíž pomocí vyrábíme z CO2 kyselinu mravenčí,“ popisuje dále.

Unikátnost tohoto výzkumu však nespočívá pouze v produkci metanolu a kyseliny mravenčí na bázi CO2, ale především v jejich kombinaci s biotechnologiemi, přesněji řečeno s fermentací za pomoci mikroorganismů. Zjednodušeně lze říci, že vědci nejprve z CO2 vyrábějí metanol a kyselinu mravenčí a ty pak používají jako „krmivo“ pro mikroorganismy, které pomáhají s výrobou dalších, komplexnějších produktů.

Příkladem takového produktu jsou organické kyseliny, které se používají jako stavební bloky při výrobě polymerů. Tímto způsobem by tedy bylo možné vyrábět plasty na bázi CO2. Bylo by tak ale možné vyrábět i aminokyseliny, například jako potravinové doplňky nebo krmivo pro zvířata.

Mnoho výhod

A jak vlastně tyto mikroorganismy „pracují“? A jak lze vlastně to, co produkují, ovlivňovat? „V zásadě používáme metabolismus mikroorganismu k řízení výroby požadovaných produktů. Do mikrobů vložíme geny, které dodají plán pro tvorbu konkrétních enzymů. Celý tento proces se nazývá metabolické inženýrství. Enzymy, které pak v mikroorganismu vznikají, katalyzují výrobu určitého produktu. Geny, které by tento proces mohly negativně ovlivnit, dokážeme cíleně vypínat. Tímto řízeným střídáním genů můžeme vyrábět širokou škálu produktů,“ popisuje Jonathan Fabarius.

Tento nový postup nabízí řadu výhod. Vedle toho, že tak lze vytvářet zcela nové produkty, je možné jím také zlepšit stopu CO2 již zavedeným produktům. Zatímco konvenční chemické procesy vyžadují mnoho energie a někdy i použití toxických rozpouštědel, s pomocí mikroorganismů lze vyrábět za mnohem méně drastických a energeticky účinnějších podmínek, mikrobi se totiž dokážou množit v ekologicky čistých vodných roztocích.

Celý tento výzkum je zajímavý také tím, že vědci při něm používají nejen nativní metylotrofní bakterie, tedy ty, které přirozeně zpracovávají metanol, ale dokážou pracovat i s kvasinkami, které metanol metabolizovat nedokážou. Souběžně se svým výzkumem také po očku neustále sledují, zda věda neobjevila nějaké nové zajímavé mikroorganismy, které by mohli zapojit do výstavby svých malých „buněčných továren“.

Výzkumný tým Fraunhoferova ústavu nyní rozpracovává celý výrobní řetězec: počínaje kultivací mikroorganismů přes genové modifikace až po možnosti škálování produkce. I když jsou některé výrobní etapy stále pouze v čistě laboratorní fázi, jiné již jsou dále a byly při nich již nasazeny i první bioreaktory.

Pokud jde o průmyslové využití celé této nové technologie, vědci očekávají, že k němu dojde ve střednědobém až dlouhodobém horizontu – zhruba za deset let. Tlak na průmyslový sektor, aby zaváděl progresivní ekologické výrobní procesy, jako je tento, však neustále roste.

Související články

Vložit komentář...