برای مقابله با تغییرات آب و هوایی، دانشمندان به سراغ میکروارگانیسم‌هایی رفتند که می‌توانند دی‌اکسیدکربن را به مواد با ارزش تبدیل کنند.
میکرواورگانیسم‌ها گاز گلخانه‌ای را به مواد با ارزش تبدیل می‌کنند
دانشمندان آزمایشگاه ملی لارنس برکلی روش جدیدی ارائه کردند که در آن یک فرآیند متابولیکی موجود در برخی باکتری‌ها، برای تبدیل دی اکسید کربن (CO2) به استات مایع به کار گرفته می‌شود.
این فناوری می‌تواند به پیشبرد گزینه‌های حذف کربن کمک کرده و مانع از گرم شدن کره زمین و تغییرات آب و هوا شود.
این فناوری، اولین ابزاری است که نشان می‌دهد که چگونه این باکتری‌ها به طور طبیعی استات را از الکترون‌ها و CO2 سنتز می‌کنند. پیدونگ یانگ از محققان این پروژه می‌گوید: «ما هر کاری را در آزمایشگاه انجام می‌دهیم تا CO2 را به محصولات مفید تبدیل کنیم و برای این کار از طبیعت الهام می‌گیریم. از نظر کاهش انتشار CO2 و مبارزه با تغییرات آب و هوایی، این بخشی از راه‌حل است.»
برای چندین دهه، محققان می‌دانستند که یک مسیر متابولیکی در برخی از باکتری‌ها به آن‌ها اجازه می‌دهد تا الکترون‌ها و CO2 را هضم کنند و استات تولید کنند، واکنشی که توسط الکترون‌ها هدایت می‌شود. این مسیر مولکول‌های CO2 را به دو گروه شیمیایی متفاوت یا “نامتقارن” تقسیم می‌کند: یک گروه کربونیل (CO) یا یک گروه متیل (CH3). آنزیم‌ها در این واکنش، کربن‌ها را در CO و CH3 شکسته، سپس واکنش کاتالیزوری دیگری را ایجاد می‌کند که استات را به‌عنوان محصول نهایی تولید می‌کند.
محققان در زمینه فتوسنتز مصنوعی می‌خواستند دستگاه‌هایی را تولید کنند که از شیمی به نام اتصال نامتقارن کربن کربن تقلید کنند. اما یافتن الکتروکاتالیست‌های مصنوعی که به اندازه کاتالیزورهای آنزیمی طبیعی باکتری کار کنند، چالش برانگیز است.
استعداد مس برای تبدیل کربن به محصولات مختلف مفید برای اولین بار در دهه ۱۹۷۰ کشف شد. بر اساس آن مطالعات، یانگ و تیم وی استدلال می‌کردند که دستگاه‌های فتوسنتز مصنوعی مجهز به یک کاتالیزور مس باید بتوانند CO2 و آب را به گروه‌های متیل و کربونیل تبدیل کنند و سپس این محصولات را به استات تبدیل کنند. بنابراین برای یک آزمایش، یانگ و همکارانش یک دستگاه مدل با مس طراحی کردند. سپس، آن‌ها سطح مس را در معرض مایع متیل یدید (CH3I) و گاز CO قرار دادند و یک شوک الکتریکی را در سیستم اعمال کردند.
محققان فرض کردند که CO به سطح مس می‌چسبد و باعث اتصال نامتقارن گروه‌های CO و CH3 برای تولید استات می‌شود. CH3I با برچسب ایزوتوپ در آزمایشات به منظور ردیابی مسیر واکنش و محصولات نهایی استفاده شد. نظر آن‌ها درست بود. آزمایش‌های تحلیلی شیمیایی انجام شده در آزمایشگاه یانگ نشان داد که جفت شدن گروه‌های کربونیل و متیل مس نه تنها استات بلکه مایعات ارزشمند دیگر از جمله اتانول و استون تولید می‌کند. ردیابی ایزوتوپی به محققان اجازه می‌دهد تأیید کنند که استات از طریق ترکیب CO و CH3 تشکیل شده است.
در یک آزمایش دیگر، محققان یک ماده لایه نازک را از محلول نانوذرات مس و نقره سنتز کردند که هر یک فقط ۷ نانومتر قطر داشتند. محققان سپس دستگاه دیگری را طراحی کردند، این بار نانوذرات لایه‌بندی شد.
همانطور که انتظار می‌رفت، پتانسیل الکتریکی باعث واکنشی شد و نانوذرات نقره را برای تبدیل CO2 به یک گروه کربونیل سوق داد، در حالی که نانوذرات مس CO2 را به یک گروه متیل تبدیل کردند.
محققان دریافتند که نانوذرات مس و نقره در تماس نزدیک با یکدیگر هستند و سیستم‌های پشت سر هم تشکیل می‌دهند و نانوذرات مس به‌عنوان مرکز کاتالیزوری برای اتصال نامتقارن خدمت می‌کنند.
