แบตเตอรี่' แบคทีเรียสีม่วงเปลี่ยนน้ำเสียเป็นพลังงานสะอาด

สารประกอบอินทรีย์ในน้ำเสียในครัวเรือนและน้ำเสียจากโรงงานอุตสาหกรรมเป็นแหล่งพลังงานที่มีศักยภาพสูง พลาสติกชีวภาพและแม้แต่โปรตีนสำหรับอาหารสัตว์ แต่โรงงานบำบัดกลับทิ้งพวกมันในฐานะสารปนเปื้อน เนื่องจากไม่มีวิธีการสกัดที่มีประสิทธิภาพ ขณะนี้นักวิจัยได้ค้นพบวิธีแก้ปัญหาที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและคุ้มค่า เผยแพร่ในFrontiers in Energy Researchการศึกษาของพวกเขาเป็นครั้งแรกที่แสดงให้เห็นว่าแบคทีเรีย phototrophic สีม่วงซึ่งสามารถเก็บพลังงานจากแสงได้เมื่อได้รับกระแสไฟฟ้าสามารถกู้คืนคาร์บอนได้เกือบ 100% จากขยะอินทรีย์ประเภทใดก็ได้ ในขณะที่ ผลิตก๊าซไฮโดรเจนเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า ดร. แดเนียล ปูโยล ผู้เขียนร่วมจากมหาวิทยาลัยคิงฮวน คาร์ลอส ประเทศสเปน กล่าวว่า "หนึ่งในปัญหาที่สำคัญที่สุดของโรงบำบัดน้ำเสียในปัจจุบันคือการปล่อยคาร์บอนสูง "กระบวนการ biorefinery ที่ใช้แสงของเราสามารถให้วิธีในการเก็บเกี่ยวพลังงานสีเขียวจากน้ำเสีย โดยไม่มีรอยเท้าคาร์บอน" แบคทีเรียสังเคราะห์แสงสีม่วง เมื่อพูดถึงการสังเคราะห์ด้วยแสง แต่เมื่อคลอโรฟิลล์ถอยห่างจากใบไม้ในฤดูใบไม้ร่วง ก็จะทิ้งลูกพี่ลูกน้องสีเหลือง ส้ม และแดงไว้เบื้องหลัง ความจริงแล้ว เม็ดสีสังเคราะห์แสงมีหลายสี และสิ่งมีชีวิตทุกประเภท คิวแบคทีเรีย phototrophic สีม่วง พวกมันจับพลังงานจากแสงแดดโดยใช้สารสีต่างๆ ซึ่งทำให้พวกมันมีเฉดสีส้ม แดง หรือน้ำตาล รวมทั้งสีม่วงด้วย แต่ความเก่งกาจของเมแทบอลิซึมของพวกมัน ไม่ใช่สีของพวกมัน ซึ่งทำให้พวกมันน่าสนใจสำหรับนักวิทยาศาสตร์ "แบคทีเรียโฟโตโทรฟิกสีม่วงเป็นเครื่องมือในอุดมคติสำหรับการกู้คืนทรัพยากรจากขยะอินทรีย์ ต้องขอบคุณเมแทบอลิซึมที่หลากหลายของพวกมัน" Puyol อธิบาย แบคทีเรียสามารถใช้โมเลกุลอินทรีย์และก๊าซไนโตรเจน แทน CO 2และ H 2 O เพื่อให้คาร์บอน อิเล็กตรอน และไนโตรเจนสำหรับการสังเคราะห์ด้วยแสง ซึ่งหมายความว่าพวกมันจะเติบโตได้เร็วกว่าแบคทีเรียและสาหร่ายชนิด phototrophic และสามารถสร้างก๊าซไฮโดรเจน โปรตีน หรือโพลีเอสเตอร์ที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพเป็นผลพลอยได้จากเมแทบอลิซึม ปรับการเผาผลาญพลังงานด้วยไฟฟ้า ผลิตภัณฑ์เมตาบอลิซึมชนิดใดที่มีผลเหนือกว่าขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อมของแบคทีเรีย เช่น ความเข้มของแสง อุณหภูมิ และประเภทของสารอินทรีย์และสารอาหารที่มีอยู่ ศาสตราจารย์ Abraham Esteve-Núñez แห่งมหาวิทยาลัย Alcalá ประเทศสเปน กล่าวว่า "กลุ่มของเราจัดการกับสภาวะเหล่านี้เพื่อปรับเมแทบอลิซึมของแบคทีเรียสีม่วงให้เหมาะกับการใช้งานที่แตกต่างกัน โดยขึ้นอยู่กับแหล่งขยะอินทรีย์และความต้องการของตลาด" พลังงานสะอาด "แต่สิ่งที่ไม่เหมือนใครเกี่ยวกับวิธีการของเราคือการใช้กระแสไฟฟ้าภายนอกเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตแบคทีเรียสีม่วง" แนวคิดนี้เรียกว่า "ระบบเคมีไฟฟ้าชีวภาพ" ได้ผลเนื่องจากวิถีเมแทบอลิซึมที่หลากหลายในแบคทีเรียสีม่วงเชื่อมต่อกันด้วยสกุลเงินทั่วไป: อิเล็กตรอน ตัวอย่างเช่น จำเป็นต้องมีการจัดหาอิเล็กตรอนเพื่อจับพลังงานแสง ในขณะที่การเปลี่ยนไนโตรเจนเป็นแอมโมเนียจะปล่อยอิเล็กตรอนส่วนเกินออกมา ซึ่งจะต้องถูกกระจายออกไป โดยการปรับการไหลของอิเล็กตรอนภายในแบคทีเรียให้เหมาะสม กระแสไฟฟ้าที่จ่ายผ่านขั้วบวกและขั้วลบ เช่น ในแบตเตอรี่ จะสามารถจำกัดกระบวนการเหล่านี้และเพิ่มอัตราการสังเคราะห์ได้สูงสุด เชื้อเพลิงชีวภาพสูงสุด การปล่อยคาร์บอนขั้นต่ำ ในการศึกษาล่าสุด กลุ่มวิเคราะห์สภาวะที่เหมาะสมในการเพิ่มการผลิตไฮโดรเจนด้วยส่วนผสมของแบคทีเรีย phototrophic สีม่วง พวกเขายังได้ทดสอบผลกระทบของกระแสไฟลบ ซึ่งก็คืออิเลคตรอนที่อิเล็กโทรดโลหะในสื่อการเจริญเติบโตมีต่อพฤติกรรมเมตาบอลิซึมของแบคทีเรีย การค้นพบที่สำคัญประการแรกของพวกเขาคือการผสมผสานสารอาหารที่ให้อัตราการผลิตไฮโดรเจนสูงสุดยังช่วยลดการผลิต CO 2 อีก ด้วย "สิ่งนี้แสดงให้เห็นว่าแบคทีเรียสีม่วงสามารถใช้ในการกู้คืนเชื้อเพลิงชีวภาพที่มีค่าจากสารอินทรีย์ซึ่งมักพบในน้ำเสีย เช่น กรดมาลิกและโซเดียมกลูตาเมต โดยมีปริมาณคาร์บอนต่ำ" Esteve-Núñez รายงาน ที่น่าทึ่งยิ่งกว่าคือผลการใช้อิเล็กโทรด ซึ่งแสดงให้เห็นเป็นครั้งแรกว่าแบคทีเรียสีม่วงสามารถใช้อิเล็กตรอนจากขั้วลบหรือ "แคโทด" เพื่อจับ CO 2ผ่านการสังเคราะห์ด้วยแสง "บันทึกจากระบบเคมีไฟฟ้าชีวภาพของเราแสดงให้เห็นปฏิสัมพันธ์ที่ชัดเจนระหว่างแบคทีเรียสีม่วงและขั้วไฟฟ้า: โพลาไรเซชันเชิงลบของขั้วไฟฟ้าทำให้เกิดการใช้อิเล็กตรอนที่ตรวจจับได้ ซึ่งเกี่ยวข้องกับการลดการผลิตก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ "สิ่งนี้บ่งชี้ว่าแบคทีเรียสีม่วงกำลังใช้อิเล็กตรอนจากแคโทดเพื่อจับคาร์บอนจากสารประกอบอินทรีย์มากขึ้นผ่านการสังเคราะห์ด้วยแสง ดังนั้นจึงปล่อย CO 2 ออกมาน้อยลง " สู่ระบบเคมีไฟฟ้าชีวภาพเพื่อการผลิตไฮโดรเจน ตามที่ผู้เขียนรายงาน นี่เป็นรายงานการใช้วัฒนธรรมผสมของแบคทีเรียสีม่วงในระบบเคมีไฟฟ้าชีวภาพเป็นครั้งแรก และเป็นการสาธิตครั้งแรกของเมแทบอลิซึมของโฟโตโทรฟที่เปลี่ยนไปเนื่องจากการมีปฏิสัมพันธ์กับแคโทด การจับ CO 2 ส่วนเกิน ที่ผลิตโดยแบคทีเรียสีม่วงอาจมีประโยชน์ไม่เพียงแต่ในการลดการปล่อยคาร์บอนเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการกลั่นก๊าซชีวภาพจากขยะอินทรีย์เพื่อใช้เป็นเชื้อเพลิงอีกด้วย อย่างไรก็ตาม ปูโยลยอมรับว่าเป้าหมายที่แท้จริงของกลุ่มรออยู่ข้างหน้า "หนึ่งในจุดมุ่งหมายดั้งเดิมของการศึกษาคือการเพิ่มการผลิตไบโอไฮโดรเจนโดยการบริจาคอิเล็กตรอนจากแคโทดให้กับการเผาผลาญของแบคทีเรียสี ม่วงอย่างไรก็ตาม ดูเหมือนว่าแบคทีเรีย PPB ชอบใช้อิเล็กตรอนเหล่านี้ในการตรึง CO 2 แทนที่จะสร้าง H 2 "เมื่อเร็วๆ นี้เราได้รับเงินทุนเพื่อดำเนินการตามเป้าหมายนี้ด้วยการวิจัยเพิ่มเติม และจะดำเนินการต่อไปในปีต่อๆ ไป คอยติดตามการปรับเมแทบอลิซึมเพิ่มเติม"