Az új eljárás 45-ször hatékonyabb és 45-ször kevesebb területet igényel, mint a hagyományos, szójabab alapú biodízel előállítása – írja az Interesting Engineering.
„Ez az újszerű ötlet alkalmazható a körforgásos gazdaságban, hogy a fotoszintézisnél sokkal nagyobb hatékonysággal és a petrolkémiai termékeknél kevesebb szén-dioxid-kibocsátással állítsunk elő kibocsátás-negatív üzemanyagokat, vegyi anyagokat és élelmiszer-összetevőket. Szisztematikusan kezeltük az elektro-biogyártás kihívásait azáltal, hogy azonosítottuk a diatomos szén felhasználásának metabolikus és biokémiai korlátait, és leküzdöttük ezeket a korlátokat” – mondta Yuan, aki a Texas A&M Egyetemen kezdte a munkát Dai-val.
A csapat az elektrokatalízist, azaz a katalizátorok felületén a reaktánsokhoz és a reaktánsokból történő elektronátvitel által indított kémiai reakciót használta a szén-dioxid biokompatibilis köztitermékké, például acetáttá és etanollá történő átalakítására.
A mikrobák ezután a köztitermékeket lipidekké, azaz zsírsavakká alakították, és végül biodízel alapanyaggá váltak, mondta Yuan, aki egyben a Nemzeti Tudományos Alapítvány által finanszírozott Carbon Utilization Redesign for Biomanufacturing-Empowered Decarbonization (CURB) Mérnöki Kutatóközpont (ERC) igazgatója is.
A Yuan, Dai és csapataik által kifejlesztett újszerű mikrobiális és katalizátoros eljárás lehetővé tette, hogy az általuk kifejlesztett elektro-biodízel elérje a 4,5%-os napenergia-molekula hatékonyságot a szén-dioxid lipiddé alakításában, ami lényegesen hatékonyabb, mint a biodízel.
Yuan kifejtette, hogy a szárazföldi növények természetes fotoszintézise általában 1% alatt van, ahol a napfény energiájának kevesebb mint 1%-át alakítják biomasszává azáltal, hogy a CO2-t különböző molekulákká alakítják át a növények növekedése érdekében.
Az új eljárás 45-ször hatékonyabb és 45-ször kevesebb területet igényel, mint a hagyományos, szójabab alapú biodízel előállítása. (Fotó: Canva)
„A biodízel prekurzorára, a lipidre átirányított energia mennyisége még alacsonyabb, mivel a lipidnek nagy az energiaintenzitása” – mondta.
Ezzel szemben az elektro-biodízel eljárás a napenergia 4,5%-át képes lipidekké alakítani, amikor egy napelem elektromos áramot termel az elektrokatalízis meghajtására, ami sokkal magasabb, mint a természetes fotoszintetikus folyamat.
Az elektrokatalízis sürgetésére a kutatócsoport egy új cink- és rézalapú katalizátort tervezett, amely a magas lipidtartalomról ismert Rhodococcus jostiii (RHA1) baktérium egy módosított törzsével olyan kétatomos szén intermediereket állít elő, amelyeket lipidekké lehet alakítani.
Ez a törzs az etanol metabolikus potenciálját is fokozta, ami segíthet az acetát, egy köztes termék zsírsavvá történő átalakulását sürgetni. Az újszerű eljárás kifejlesztése után a csapat elemezte annak hatását az éghajlatváltozásra, és biztató eredményeket talált.
Az elektrokatalízishez megújuló erőforrásokat használva az elektro-biodízel eljárás a biomassza, etilén és egyéb melléktermékek felhasználásával előállított elektro-biodízel grammonként 1,57 gramm szén-dioxidot tudott csökkenteni, így negatív kibocsátásra ad lehetőséget. Ezzel szemben a kőolajból történő hagyományos dízelgyártás 0,52 gramm szén-dioxidot termel grammonként, a biodízel előállítási módszerei pedig 2,5 grammtól 9,9 grammig terjedő szén-dioxidot termelnek grammonként a termelt lipidekből.
„Ez a kutatás bizonyítja a megújuló energiának vegyi anyagokká, üzemanyagokká és anyagokká történő rendkívül hatékony átalakítására szolgáló széleskörű platform koncepcióját, amely az emberi civilizáció alapvető korlátainak kezelésére szolgál. Ez az eljárás enyhíthetné a biodízel alapanyaghiányt, és átalakíthatná a széles körű, megújuló üzemanyag-, vegyszer- és anyaggyártást a fosszilis üzemanyagtól való függetlenség elérésével azokban az ágazatokban, amelyek a fosszilis üzemanyagoktól függenek, mint például a nagy hatótávolságú nehézgépjárművek és a repülőgépek” – mondta Yuan.
Kiemelt kép forrása: Canva
Devenyi Dalma
