I batteri possono diventare una forza lavoro che aiuta a ridefinire il nostro settore energetico.

Sebbene questi organismi unicellulari siano spesso liquidati come rischi per la salute, o tifato per i loro benefici probiotici, la loro utilità come lavoratori microscopici altamente specializzati sta appena iniziando a essere compresa e il lavoro che svolgono potrebbe cambiare il modo in cui produciamo la nostra energia.

Nell'ambito dell'iniziativa di ricerca Future Energy Systems, La ricercatrice di scienze biologiche dell'Università di Alberta Lisa Stein e il ricercatore di ingegneria chimica Dominic Sauvageau stanno progettando geneticamente batteri non pericolosi che consumano metano, uno dei più potenti gas serra, e trasformarlo in carburante.

Emissioni trascurate

Il metano è uno dei principali attori del cambiamento climatico.

"Quando lo chiamiamo gas naturale e lo bruciamo per ottenere energia, il metano riduce le emissioni rispetto al carbone, "Spiega Sauvageau. "Ma se entra nell'atmosfera senza essere bruciato, in realtà ha un effetto di riscaldamento globale più forte della CO2".

Il metano è 25 volte più potente dell'anidride carbonica, quindi nel 2016 Canada, gli Stati Uniti e il Messico si sono impegnati a ridurre le proprie emissioni di metano del 45% entro il 2025. Poiché il 44% delle emissioni di metano del Canada (e il 70% di quelle dell'Alberta) provengono dal settore petrolifero e del gas, il raggiungimento di tali obiettivi significa regolamentazioni che obbligano i produttori a catturare le emissioni "fuggitive".

"Per compensare il costo di cattura del metano potresti semplicemente venderlo come gas naturale, " suggerisce Stein. "Ma potresti anche trovare un modo, usando batteri naturali, per trasformarlo in un combustibile più prezioso, o anche un prodotto che non rilascia affatto anidride carbonica."

Ingrandimento

Gli scienziati sanno da decenni che i batteri possono essere modificati per convertire il metano in altri prodotti, ma nessuno è riuscito a scalarlo completamente.

"Ai vecchi tempi, uno scienziato biologico potrebbe rimanere nel suo laboratorio modificando i batteri e testandoli in condizioni isolate, "Spiega Stein. "Ma ciò che funziona in una capsula di Petri non funziona necessariamente su scala industriale".

Lo paragona alla formazione di un lavoratore per produrre un determinato prodotto, ma senza preoccuparsi del design della fabbrica. Quando milioni di questi lavoratori si riuniscono in una fabbrica che non ha il layout giusto, attrezzature o condizioni di lavoro, possono essere perdonati per essersi semplicemente guardati l'un l'altro confusi.

"Non importa quanto perfettamente adatto al lavoro, un milione di individui senza organizzazione di solito è solo una folla, "Dice Sauvageau.

Il trucco è costruire fabbriche adatte ai lavoratori, "reattori" che potrebbero variare in dimensioni da una vasca da bagno a una piscina olimpionica.

Così, poiché il laboratorio di Stein modifica geneticamente i batteri, Il team di Sauvageau esegue esperimenti per identificare le condizioni ottimali per il proprio lavoro. Le variabili possono includere la dimensione delle camere, disposizione, temperatura e nutrienti, e una volta trovata una condizione ottimale, quell'informazione viene restituita per personalizzare ulteriormente i batteri destinati a funzionare al suo interno.

"I membri del nostro team interagiscono quotidianamente e i nostri team si incontrano ogni due settimane, "Stein dice. "Comunicazione costante significa che possiamo muoverci velocemente."

Insieme, stanno lavorando con Mango Materials, una startup di bioenergia della California i cui altri partner di ricerca includono la NASA, per pilotare un reattore che cattura il metano dal trattamento delle acque reflue e utilizza i batteri per convertirlo in bioplastica.

Costruire un elenco

La composizione del metano catturato varia a seconda della sua fonte, così Stein e Sauvageau stanno creando una piattaforma di una mezza dozzina di batteri geneticamente modificati per funzionare in circostanze diverse.

"Nessun singolo tipo di batterio farà ogni lavoro, " Spiega Sauvageau. "Stiamo creando un elenco di batteri diversi con reattori corrispondenti che possono essere personalizzati per diverse applicazioni industriali".

Questi batteri utilizzeranno il metano per produrre una varietà di prodotti. Uno è butanolo, un carburante alcolico che può far funzionare motori di auto a benzina non modificati o essere miscelato con carburante diesel per ridurre le emissioni di fuliggine. Altri includono isoprenoidi, sostanze chimiche che di solito provengono dal petrolio, che può essere utilizzato come carburante per biojet.

"Creando questi materiali dal metano, riduciamo la nostra necessità di estrarre combustibili fossili dal suolo, "Stein dice. "Invece di estrarre nuovo carbonio dalla Terra ed espellerlo nell'atmosfera, ricicliamo ciò che è già qui fuori."

Riciclare le emissioni di metano e ridurre la necessità di nuove attività di estrazione sembra promettente, ma né Stein né Sauvageau lo vedono come una pallottola d'argento per il cambiamento climatico.

"La nostra piattaforma è solo una parte di quella che deve essere una soluzione a livello di sistema, " dice Sauvageau. "Alla fine la nostra infrastruttura energetica cambierà, e potremmo non fare affidamento tanto sui motori a combustione, né sugli idrocarburi".

Ma se il nostro sistema non richiede più idrocarburi, i batteri si ritroverebbero senza lavoro? Stein ne dubita.

"Stiamo imparando molto su come lavorare con questi batteri, "dice. "Sono abbastanza sicura che possiamo convincerli a fare qualcos'altro."