Bakterie osadzone w nanomateriałach pomagają naukowcom z University of California (USA) opracować metodę produkcji paliwa z energii słonecznej i dwutlenku węgla.
Zgodnie ze słowami Peidonga Yanga, profesora chemii i materiałoznawstwa w na kalifornijskiej uczelni oraz pomysłodawcy projektu, jest to pierwszy działający wynalazek, wykorzystujący połączenie bakterii z materiałami półprzewodzącymi w celu przeprowadzenia sztucznej fotosyntezy. Mikroskopijne pręciki półprzewodnika wychwytują energię słoneczną i przekazują elektrony osadzonym pomiędzy nimi elektrotroficznym bakteriom, które zmieniają dwutlenek węgla i wodę w użyteczne, proste półprodukty. Substraty są następnie przetwarzane przez genetycznie zmodyfikowane bakterie E. coli. Yang wraz ze swoim zespołem badawczym zaprezentowali wytworzenie tym sposobem butanolu, który jest organicznym związkiem chemicznym o właściwościach zbliżonych do benzyny, używanym głównie jako rozpuszczalnik, ale mogącym także służyć za paliwo. Prócz butanolu, naukowcy zdołali też wyprodukować trzy prekursory substancji używanych w farmaceutyce. Ten mechanizm ma szansę znaleźć zastosowanie także w produkcji wielu innych związków, cennych w przemyśle i stosowanych w relatywnie niewielkich ilościach. Główną przeszkodą w masowej syntezie substancji (na przykład paliw, których produkcja na małą skalę jest zupełnie nieopłacalna) powyższą metodą jest fakt, że elektrotroficzne bakterie, zastosowane przez Yanga, nie tolerują obecności tlenu.
Współpracownicy Yanga testują rozwiązanie, które może ominąć tę niedogodność. Pracami interesuje się Eric Toone, profesor biochemii i chemii związany z Duke University, niegdyś związany z Advanced Research Projects Agency-Energy (Arpa-e). Jest to organizacja rządowa, zajmująca się nowymi technologiami energetycznymi. Agencja sponsorowała zespół naukowców Yanga, gdy dyrektorem programu badań nad elektropaliwami był właśnie Toone. Zdradził on, że wydajność ma ulec poprawie dzięki wykorzystaniu innych materiałów półprzewodzących – same pręciki zostaną zaprojektowane tak, by chroniły znajdujące się pomiędzy nimi bakterie przed cząsteczkami tlenu w powietrzu. Odcięcie od tlenu nie jest jednak jedynym problemem z mikroorganizmami. Naukowcy borykają się z naturalnie krótką żywotnością bakterii, co samo w sobie wydaje się granicą nie do przeskoczenia i Yang narzeka na kiepską stabilność procesu, która wciąż jest poniżej oczekiwań. Dodatkowo, według Nate’a Lewisa, profesora chemii z Caltech, katalizatory chemiczne stoją o klasę wyżej nad bakteriami, jeśli chodzi o szybkość przeprowadzania reakcji. Wciąż jednak to bakterie jakościowo najlepiej radzą sobie pod względem przetwarzania dwutlenku węgla w użyteczne związki. Naukowcy mają nadzieję, że dzięki bliższej analizie sposobu, w jaki drobnoustroje pobierają z półprzewodników elektrony, zdobędą wiedzę kluczową dla opracowania syntetycznego katalizatora mogącego zastąpić bakterie.
Źródło: TechnologyReview; Zdjęcie: Newscenter.lbl.gov
