Команда NETL преобразует CO2 в ацетат: проект может сократить выбросы парниковых газов, обеспечивая при этом полезное коммерческое сырье

Jul 07, 2023

27 августа — ПИТТСБУРГ — Поскольку во всем мире продолжаются опасения по поводу парниковых газов и глобального потепления, группа исследователей из Национальной лаборатории энергетических технологий из трех человек нашла способ превратить углекислый газ в полезный коммерческий продукт — ацетат — и работает над этим. довести свое открытие до коммерческого масштаба.

Джуна Гулливер, главный федеральный следователь; Сэм Флетт, научный сотрудник Окриджского института науки и образования; и инженер-исследователь Дэн Росс из группы поддержки исследований Lidos NETL рассказали о своей работе и провели экскурсию по своей лаборатории в Питтсбурге.

Ацетат — это полусинтетическая жидкость с широким спектром применения: из него можно формовать волокна для ткани, формовать формы для оправ очков или ювелирных изделий, использовать для чистящих средств или таких вещей, как жидкость для снятия лака (ацетон).

По словам трех ученых, их открытие превращения газообразного CO2 в жидкий ацетат было счастливым совпадением. Он предполагает вмешательство микроорганизмов, которые действуют как биокатализаторы.

Катализатор — это вещество, которое увеличивает скорость химической реакции, не претерпевая при этом каких-либо необратимых химических изменений. Биокатализатор — это природное вещество, которое использует ферменты из биологических источников для достижения той же цели в биохимических реакциях. NETL подала заявку на патент на эту технологию.

Росс работал над другим проектом по преобразованию угля в метан с помощью микробиологии и имел доступ к метановым скважинам угольных пластов. В идее преобразования CO2 в продукты с добавленной стоимостью с использованием электричества нет ничего нового, поэтому они решили попробовать обогатить эти образцы метана в лаборатории для преобразования в ацетат.

«Мы полагали, что это будет хороший источник этих микроорганизмов, и у нас была уникальная возможность получить эти образцы, потому что мы много работаем в этих системах», — сказал Гулливер.

Конечно, не каждая маленькая тварь подойдет. Они начали с очень разнообразного сообщества и через серию экспериментов дошли до сообщества, которое имеет самую высокую численность от четырех до пяти микроорганизмов, катализирующих превращение углекислого газа в ацетат.

И им не нужно постоянно возвращаться к колодцу, чтобы собрать больше организмов, говорят они. Они продолжают размножаться на основе исходного образца — непрофессионал может грубо сравнить его с закваской.

По их словам, следующий этап их проекта — выяснить, как производить больше. Прямо сейчас они могут производить около 8 граммов на литр раствора (1 грамм составляет около 0,28 унции или 1,9 чайной ложки) в пробирках. Они хотят увеличить его титр (титр — это мера концентрации) до 40 граммов на литр и перейти от производства литров продукта к галлонам. «Наша цель всегда состоит в том, чтобы увеличить эту концентрацию».

«Я думаю, что расширение масштабов будет более серьезной проблемой с точки зрения материальных затрат, чтобы гарантировать, что мы сможем обеспечить все это логистикой», — сказал Гулливер. Теоретически они должны быть в состоянии вырастить микроорганизмы в биомассу, достаточно большую для значительных объемов переработки.

По их словам, они начали работу над этим проектом еще в 2017-18 годах, но COVID прервал их, поэтому к концу 2020 года и в 2021 году они начали расширять процесс тестирования, сказал Росс. «В последние несколько лет мы оптимизировали, и теперь, когда мы как бы сузили круг вопросов, мы хотим больше работать над биореакторами — так разрабатывать это, чтобы максимизировать нашу продукцию».

Биореактор — это не какая-то чудовищная машина, производящая вещи со всевозможными шумами и пугающими эффектами. Их биореакторы представляют собой 1-литровые пробирки. Они поместили в пробирку жидкость для размножения с культурой, заправили ее углекислым газом и позволили ей поработать над производством ацетата.

Прямо сейчас, когда они достигают желаемого титра, им приходится остановиться и удалить материал. Это называется реактор периодического действия.

Итак, они работают над созданием проточного реактора, в который поток жидкости поступает и попадает на биокатализатор, а во время работы ацетат выходит из другого выхода. Это означает, что они могут увеличить время пребывания (количество времени в реакторе) и удвоить или утроить концентрацию, а также постоянно извлекать продукт, а не постоянно останавливать процесс.