La rapida urbanizzazione globale ha cambiato radicalmente il volto del nostro pianeta, inquinando la nostra atmosfera con gas serra e causando il riscaldamento globale. È la necessità del momento per controllare le nostre attività e trovare alternative più sostenibili per preservare ciò che rimane del nostro pianeta per le generazioni a venire.

Anidride carbonica (CO ₂ ) e il monossido di carbonio (CO) costituiscono un'ampia percentuale dei gas di scarico industriali. Recenti ricerche hanno dimostrato che alcuni microrganismi sono in grado di metabolizzare questi gas in utili sottoprodotti. Così, si stanno ora tentando di utilizzare i microbi per riciclare questi gas e convertirli in sostanze chimiche utili in un processo noto come cattura e utilizzo del carbonio (CCU). Questo è un passo oltre l'attuale pratica diffusa di cattura e stoccaggio del carbonio (CCS). Però, tale CCU richiede un elevato apporto di energia, rendendo difficile e costoso l'ampliamento di questo processo. Come si può quindi ottimizzare questo processo per ottenere il massimo rendimento?

Un team di ricercatori coreani, guidato dal Prof. Jung Rae Kim dell'Università Nazionale di Pusan, hanno risposto a questa domanda per un nuovo sistema CCU chiamato sistema bioelettrochimico (BES). Il prof. Kim spiega, "Abbiamo sviluppato un processo bioelettrosintetico in cui i batteri elettroattivi convertono CO/CO ₂ in utili metaboliti come l'acetato e gli acidi grassi volatili utilizzando l'elettricità come potere riducente." Gli scienziati sono stati in grado di ottimizzare i BES per aumentare la loro efficienza da due a sei volte quella degli attuali sistemi per il gas CO. I loro risultati sono pubblicati in Tecnologia delle risorse biologiche da gennaio 2021.

Il BES a due camere che hanno usato aveva diverse caratteristiche speciali che hanno raggiunto questo obiettivo. Il catodo conteneva un biofilm elettroattivo, e l'anodo produce ioni idrogeno tramite elettrolisi dell'acqua. Queste camere erano divise da una membrana a scambio ionico (IEM), che controllava il flusso di protoni ed elettroni tra le camere. Ulteriore, mentre il primo conteneva terreni di coltura microbica, quest'ultimo conteneva meccanismi per controllare il pH iniziale del sistema. Inoltre, è stato utilizzato un mediatore elettronico chinone.

Hanno scoperto che, dato il giusto IEM, uno che permetteva ai protoni ma non all'ossigeno di passare, un pH acido nella camera dell'anodo causava un gradiente di concentrazione di protoni più alto attraverso la membrana, che è stata la chiave per migliorare la produzione di acetato e la sintesi di acidi grassi a catena più lunga nella camera catodica. I mediatori dipendenti dal chinone hanno migliorato il trasferimento di elettroni e aumentato la formazione del prodotto.

Il prof. Kim afferma, "Poiché la CO è un gas più ridotto della CO ₂ , forse non sorprende, l'efficienza coulombiana per la CO era doppia rispetto a quella per la CO ₂ . La CO è un componente importante nel gas di scarico industriale della maggior parte dei processi delle acciaierie e della gassificazione della biomassa. Tramite questa conversione BES, può essere una preziosa materia prima per vari bioprocessi. Questo è il primo studio che rende commercialmente fattibile la conversione di CO tramite BES." Evidenziando ulteriormente le applicazioni, continua:"I microbi si autoreplicano, rendendo questo BES una soluzione economica. Questo, combinato con l'efficienza che abbiamo raggiunto e il sistema ottimale che abbiamo creato, dovrebbe renderlo di sufficiente interesse per le industrie in modo tale che questo diventi un macchinario industriale commerciale entro cinque anni".

Questo è un modo in cui la Terra potrebbe essere resa più pulita, più verde e più fresco.