I ricercatori dell'Università del Colorado Boulder hanno sviluppato organismi nanobioibridi in grado di utilizzare anidride carbonica e azoto nell'aria per produrre una varietà di materie plastiche e combustibili, un promettente primo passo verso il sequestro del carbonio a basso costo e la produzione ecologica per i prodotti chimici.

Utilizzando punti quantici attivati ​​dalla luce per attivare particolari enzimi all'interno delle cellule microbiche, i ricercatori sono stati in grado di creare "fabbriche viventi" che mangiano CO2 dannosa e la convertono in prodotti utili come la plastica biodegradabile, benzina, ammoniaca e biodiesel.

"L'innovazione è una testimonianza della potenza dei processi biochimici, " disse Prashant Nagpal, autore principale della ricerca e assistente professore presso il Dipartimento di ingegneria chimica e biologica della CU Boulder. "Stiamo esaminando una tecnica che potrebbe migliorare la cattura di CO2 per combattere il cambiamento climatico e un giorno anche potenzialmente sostituire la produzione ad alta intensità di carbonio per materie plastiche e combustibili".

Il progetto è iniziato nel 2013, quando Nagpal e i suoi colleghi hanno iniziato a esplorare l'ampio potenziale dei punti quantici nanoscopici, che sono minuscoli semiconduttori simili a quelli utilizzati nei televisori. I punti quantici possono essere iniettati passivamente nelle cellule e sono progettati per attaccarsi e autoassemblarsi agli enzimi desiderati e quindi attivare questi enzimi a comando utilizzando specifiche lunghezze d'onda della luce.

Nagpal voleva vedere se i punti quantici potessero fungere da candela per accendere particolari enzimi all'interno delle cellule microbiche che hanno i mezzi per convertire la CO2 e l'azoto nell'aria, ma non farlo naturalmente a causa della mancanza di fotosintesi.

Diffondendo i punti appositamente studiati nelle cellule delle comuni specie microbiche presenti nel suolo, Nagpal e i suoi colleghi hanno colmato il divario. Ora, l'esposizione anche a piccole quantità di luce solare indiretta attiverebbe l'appetito di CO2 dei microbi, senza bisogno di alcuna fonte di energia o cibo per effettuare le conversioni biochimiche ad alta intensità energetica.

"Ogni cellula produce milioni di queste sostanze chimiche e abbiamo dimostrato che potrebbero superare la loro resa naturale di quasi il 200 percento, " ha detto Nagpal.

I microbi, che giacciono dormienti nell'acqua, rilasciare il prodotto risultante in superficie, dove può essere scremato e raccolto per la produzione. Diverse combinazioni di punti e luce producono prodotti diversi:le lunghezze d'onda verdi fanno sì che i batteri consumino azoto e producano ammoniaca, mentre le lunghezze d'onda più rosse fanno banchettare i microbi con la CO2 per produrre invece plastica.

Il processo mostra anche segni promettenti di essere in grado di operare su larga scala. Lo studio ha scoperto che anche quando le fabbriche microbiche venivano attivate costantemente per ore alla volta, mostravano pochi segni di esaurimento o esaurimento, indicando che le cellule possono rigenerarsi e quindi limitare la necessità di rotazione.

"Siamo rimasti molto sorpresi dal fatto che abbia funzionato così elegantemente, " Nagpal ha detto. "Stiamo appena iniziando con le applicazioni sintetiche."

Lo scenario futuristico ideale, Nagpal ha detto, sarebbe avere case unifamiliari e aziende convogliare le proprie emissioni di CO2 direttamente in un vicino laghetto, dove i microbi li convertirebbero in una bioplastica. I proprietari sarebbero in grado di vendere il prodotto risultante con un piccolo profitto, compensando essenzialmente la propria impronta di carbonio.

"Anche se i margini sono bassi e non può competere con la petrolchimica sulla base del puro costo, c'è ancora un vantaggio per la società nel fare questo, " Ha detto Nagpal. "Se potessimo convertire anche una piccola frazione di stagni di fossa locali, avrebbe un impatto considerevole sulla produzione di carbonio delle città. Non sarebbe chiedere molto alle persone da implementare. Molti già fanno la birra in casa, Per esempio, e questo non è più complicato."

L'attenzione ora, Egli ha detto, passerà all'ottimizzazione del processo di conversione e all'inserimento di nuovi studenti universitari. Nagpal sta cercando di convertire il progetto in un esperimento di laboratorio universitario nel semestre autunnale, finanziato da una sovvenzione del CU Boulder Engineering Excellence Fund. Nagpal attribuisce ai suoi attuali studenti il ​​merito di aver seguito il progetto nel corso di molti anni.

"È stato un lungo viaggio e il loro lavoro è stato inestimabile, " ha detto. "Penso che questi risultati dimostrino che ne è valsa la pena".