Un gruppo di ricerca guidato dal dottor Lee Soo Youn presso il Centro di ricerca sull’energia pulita di Gwangju del Korea Institute of Energy Research (KIER) ha convertito con successo l’anidride carbonica, il principale colpevole del riscaldamento globale, in carotenoidi, che possiedono effetti antiossidanti e antitumorali. I risultati sono stati pubblicati in ChemSusChem .
Secondo l’Agenzia internazionale per l’energia, le emissioni globali di anidride carbonica legate all’energia hanno raggiunto il livello record di 37,4 miliardi di tonnellate nel 2023, con un aumento dell’1,1% rispetto all’anno precedente. Il paese sta inoltre affrontando i cambiamenti climatici dovuti alle emissioni di anidride carbonica, come dimostra l'aprile più caldo mai registrato quest'anno.
Per affrontare questo problema, le tecnologie di conversione dell’anidride carbonica vengono sviluppate a livello globale. La tecnologia per convertire l'anidride carbonica in sostanze chimiche di alto valore come l'etilene e il propilene sta emergendo come una tecnologia chiave per raggiungere la neutralità del carbonio, poiché non solo riduce le emissioni di carbonio ma produce anche prodotti che possono essere utilizzati in vari settori.
Recentemente, la tecnologia dell’elettrosintesi microbica (MES) per la produzione di sostanze chimiche ha guadagnato attenzione come metodo promettente per la conversione dell’anidride carbonica. Il MES in genere comporta la creazione di una soluzione elettrolitica con acqua contenente microrganismi e la dissoluzione dell'anidride carbonica nell'elettrolita, che i microrganismi utilizzano quindi come nutrienti.
Tuttavia, a temperatura ambiente e in condizioni di pressione normale in cui crescono i microrganismi, la quantità di anidride carbonica che si dissolve nell'acqua è molto bassa, portando a una carenza di nutrienti per i microrganismi e con una conseguente bassa produttività delle sostanze finali convertite.
Per risolvere questo problema, il gruppo di ricerca ha sciolto la monoetanolammina che assorbe l'anidride carbonica (C2 H7 NO) nell'elettrolita per aumentare la quantità di anidride carbonica disponibile per i microrganismi (Rhodobacter sphaeroides). Questo approccio ha aumentato il consumo di anidride carbonica da parte dei microrganismi, migliorando così la loro produzione di energia, crescita e attività metaboliche, che a loro volta hanno migliorato l'efficienza di produzione delle sostanze convertite.
Il gruppo di ricerca ha inoltre ampliato la gamma di prodotti di conversione. Mentre la tecnologia convenzionale dell'elettrosintesi microbica produce sostanze con un basso numero di carbonio, come butanolo ed etanolo, a causa delle basse concentrazioni di anidride carbonica, la tecnologia del team può produrre carotenoidi con un numero di carbonio più elevato.
I carotenoidi, noti per i loro effetti antietà sulle cellule e utilizzati in cosmetici e integratori, sono tradizionalmente prodotti attraverso la fermentazione microbica. Tuttavia, i problemi legati alla sicurezza e all’approvvigionamento delle materie prime hanno limitato la produzione. Inoltre, poiché i carotenoidi sono composti da 40 atomi di carbonio, i microrganismi devono consumare grandi quantità di anidride carbonica per produrli.
Utilizzando un'alta concentrazione di anidride carbonica, il team di ricerca ha migliorato la produttività di circa quattro volte rispetto alle tecnologie esistenti, consentendo la produzione di carotenoidi attraverso l'elettrosintesi microbica.
Il dottor Lee Soo Youn, ricercatore senior, ha dichiarato:"Questa ricerca presenta un nuovo approccio per convertire l'anidride carbonica in sostanze di alto valore attraverso l'elettrosintesi microbica. Come tecnologia 'piattaforma chimica' ecologica e ad alto potenziale nel campo della bioenergia e della biochimica campi, contribuirà a raggiungere la neutralità del carbonio riducendo e riciclando i gas serra."
Ulteriori informazioni: Hui Su Kim et al, Miglioramento dell'elettrocatalisi microbica della CO2 per la riduzione del multicarbonio in un catolita umido a base di ammina, ChemSusChem (2024). DOI:10.1002/cssc.202301342
Fornito dal Consiglio Nazionale delle Ricerche di Scienza e Tecnologia
