System, który zamienia CO2 z oceanu w biodegradowalny plastik

Oceany pochłaniają ok. 1/3 antropogenicznych emisji CO₂, ale usuwanie rozpuszczonego w nich węgla i jego dalsze wykorzystanie pozostawało dotąd ogromnym wyzwaniem. Badacze z Chińskiej Akademii Nauk przedstawili zintegrowany układ, który łączy reaktor elektrochemiczny z etapem fermentacji mikrobiologicznej.

Od CO₂ do bioplastiku

Jak to działa? Woda morska trafia do reaktora elektrochemicznego. Pole elektryczne rozkłada wodę i generuje protony, które zakwaszają roztwór. Spadek pH zamienia rozpuszczone związki węglanowe w gazowy dwutlenek węgla. Następnie CO₂ jest separowany membraną z włókien kapilarnych.

Oddzielony dwutlenek węgla kierowany jest do drugiego reaktora z katalizatorem na bazie bizmutu. W tym etapie CO₂ ulega redukcji do kwasu mrówkowego – dogodnego „pomostu” chemicznego dla bioprocesów.

Zmodyfikowane bakterie Vibrio natriegens przetwarzają kwas mrówkowy w kwas bursztynowy – kluczowy prekursor do produkcji poli(bursztynianu butylenu) (PBS), biodegradowalnego tworzywa o rosnącym znaczeniu w gospodarce obiegu zamkniętego.

Wydajność i koszty

W demonstracji system nieprzerwanie wychwytywał CO₂ z naturalnej wody morskiej pobranej z Zatoki Shenzhen przez ponad 530 godzin, osiągając skuteczność wychwytu ok. 70%. Szacunkowy koszt procesu wyniósł ok. 230 USD za tonę CO₂ – na poziomie nowoczesnych technologii bezpośredniego wychwytu dwutlenku węgla.

Według autorów, podmiana szczepów bakteryjnych może otworzyć drogę do syntezy innych, cennych przemysłowo produktów – m.in. kwasu mlekowego czy alaniny – bezpośrednio z węgla pochłoniętego przez oceany.

Komentarz ekspercki

– To pierwsza demonstracja procesu, który przekształca dwutlenek węgla z oceanu aż do użytecznego surowca wykorzystywanego do produkcji bioplastiku. Kluczowym elementem jest tu wykorzystanie wychwyconego CO₂ i przekształcenie go w monomer o obiecującej stabilności, przy zachowaniu wysokiej opłacalności – ocenia Xiang Chengxiang, specjalista fizyki chemicznej i nauki o materiałach z California Institute of Technology, niezwiązany z projektem.