باکتری‌هایی که دی‌اکسید کربن را می‌خورند و به مواد مفید تبدیل می‌کنند!

پژوهشگران دانشگاه آرهوس (واقع در دانمارک) به یک دستاورد مهم رسیده‌اند؛ آن‌ها فناوری نوینی را ابداع کرده‌اند که با استفاده از موجودات ذره‌بینی به نام میکروارگانیسم‌ها، دی‌اکسید کربن (CO2) موجود در دود خروجی از کارخانه‌ها و نیروگاه‌ها را مستقیماً به مواد مفید و کاربردی تبدیل می‌کند. این مواد می‌توانند شامل سوخت‌های جدید یا مواد اولیه برای صنایع شیمیایی باشند. با دیجی رو همراه باشید.

این روش جدید، برخلاف روش‌های سنتی «جذب و ذخیره‌سازی کربن» (CCS) عمل می‌کند. در روش‌های سنتی، دی‌اکسید کربن از دود جدا شده و به ماده‌ای جامد تبدیل می‌شود که سپس در زیر زمین دفن و ذخیره می‌گردد. اما فناوری جدید، دی‌اکسید کربن را نه به عنوان یک زباله، بلکه به عنوان یک ماده اولیه ارزشمند برای تولید مواد دیگر در نظر می‌گیرد و از آن استفاده می‌کند. نتایج این پژوهش ارزشمند در مجله معتبر علمی «Nature Communications» منتشر شده است.

خانم آمالی کیرستین هسلهوند نیلسن (Amalie Kirstine Hessellund Nielsen)، دانشجوی دکترا در رشته مهندسی زیستی و شیمیایی و یکی از محققان اصلی این پروژه، می‌گوید:

برای داشتن آینده‌ای بدون آلایندگی کربنی، لازم است از فناوری‌هایی استفاده کنیم که دی‌اکسید کربن جذب شده را دوباره به چرخه برگردانند و از آن استفاده کنند، نه اینکه همچنان به استخراج بیشتر آن از منابع زیرزمینی ادامه دهیم.

فرآیندی بسیار تخصصی و کارآمد

همان‌طور که می‌دانید، دی‌اکسید کربن موجود در دود خروجی کارخانه‌ها، یکی از بزرگترین عوامل افزایش گازهای گلخانه‌ای در جو زمین است. این گازها باعث گرمایش زمین و تغییرات آب و هوایی می‌شوند. حذف این گاز از منابع تولید آن، مانند دودکش کارخانه‌ها، به دلیل مخلوط بودن دی‌اکسید کربن با سایر گازها، کار بسیار دشواری است و معمولاً هزینه‌های زیادی را به دنبال دارد.

فناوری جدید بر اساس روش «جذب و استفاده از کربن» (CCU) بنا شده است. در این روش، ابتدا با استفاده از موادی شیمیایی به نام «آمین»، دی‌اکسید کربن از سایر گازهای موجود در دود جدا می‌شود. در روش‌های سنتی، برای جدا کردن دی‌اکسید کربن از این مواد شیمیایی، از حرارت بسیار بالا استفاده می‌شود. سپس دی‌اکسید کربن تغلیظ شده، در فرآیندهای پیچیده دیگری تصفیه می‌شود.

اما فناوری جدید ارائه شده توسط محققان دانشگاه آرهوس، روشی نوین به نام «جذب و استفاده بیولوژیکی کربن» (BICCU) را معرفی می‌کند. در این روش، دی‌اکسید کربن به طور مستقیم در همان چرخه تولید، دوباره مورد استفاده قرار می‌گیرد و بسیاری از مراحل اضافی و پرهزینه حذف می‌شوند. دانشمندان در این روش از میکروارگانیسم‌ها (موجودات ذره‌بینی مانند باکتری‌ها و قارچ‌ها) استفاده می‌کنند که می‌توانند دی‌اکسید کربن را مستقیماً از دود جذب و به مواد دیگر تبدیل کنند و دیگر نیازی به استفاده از حرارت بالا نیست.

آقای مادس یوراک سیبورگ (Mads Ujarak Sieborg)، پژوهشگر پسادکترا در بخش مهندسی زیستی و شیمیایی و نویسنده اصلی این پژوهش، در این باره توضیح می‌دهد:

میکروارگانیسم‌ها در جذب و تبدیل دی‌اکسید کربن به طور ویژه‌ای متخصص هستند و این فرآیند را طی میلیاردها سال تکامل و بهبود بخشیده‌اند. ما از این توانایی طبیعی آن‌ها در دستگاه‌هایی به نام «بیوراکتور» استفاده می‌کنیم. به این ترتیب، به جای استفاده از حرارت، میکروارگانیسم‌هایی را به سیستم اضافه می‌کنیم که می‌توانند دی‌اکسید کربن را از سایر مواد شیمیایی جدا کنند و در نتیجه، در هزینه‌های مربوط به گرمایش صرفه‌جویی قابل توجهی خواهیم داشت.

این میکروارگانیسم‌ها از طریق فرآیندهای زیستی خود (متابولیسم)، دی‌اکسید کربن را جذب کرده و آن را به موادی مانند متان تبدیل می‌کنند. متان نوعی گاز است که می‌تواند مستقیماً در صنایع مختلف مورد استفاده قرار گیرد.

آقای یوراک سیبورگ در ادامه می‌گوید:

محصول نهایی که از این میکروارگانیسم‌ها به دست می‌آید، می‌تواند گاز طبیعی سبز، اسید استیک یا سایر مواد شیمیایی باشد که صنایع می‌توانند به جای استخراج کربن از منابع زیرزمینی، از آن‌ها استفاده کنند.

ایجاد انگیزه‌ای قوی‌تر برای جذب کربن

در حال حاضر، فناوری جذب کربن هنوز در ابتدای راه است و بسیاری از صنایع به طور گسترده از آن استفاده نمی‌کنند. برخی از کارخانه‌های تولید بیوگاز به دلیل وجود مقدار زیاد دی‌اکسید کربن (تا 50 درصد) در گازهای خروجی خود، شروع به استفاده از این فناوری کرده‌اند. اما در دود معمولی خروجی از صنایع دیگر، میزان دی‌اکسید کربن بسیار کمتر و حدود 5 تا 10 درصد است.

یکی از دلایل اصلی محدود بودن استفاده از فناوری جذب کربن، هزینه بسیار بالای فرآیند گرمایش برای جدا کردن کربن از مواد شیمیایی است. این فرآیند گرمایش، حدود 30 درصد از کل انرژی تولید شده توسط یک نیروگاه را مصرف می‌کند. به همین دلیل، محققان امیدوارند که روش جدید مبتنی بر میکروارگانیسم‌ها بتواند انگیزه بیشتری برای استفاده از فناوری جذب کربن ایجاد کند. زیرا این روش هزینه‌های بسیار کمتری دارد و همزمان با جذب دی‌اکسید کربن، آن را به محصولات مفید تبدیل می‌کند.

خانم هسلهوند نیلسن در این باره می‌گوید:

فرآیند بیولوژیکی در دماهای بسیار پایین‌تری انجام می‌شود و میکروب‌های مورد استفاده در برابر سایر گازهای موجود در دود خروجی مقاوم هستند. البته این میکروارگانیسم‌ها برای انجام این فرآیند به هیدروژن نیاز دارند که ما آن را از طریق فرآیند الکترولیز (تجزیه آب با استفاده از جریان الکتریکی) به دست می‌آوریم. در حال حاضر، تأمین هیدروژن، عامل محدود کننده در این سیستم است و هنوز چالش‌هایی برای رسیدن به یک فناوری کامل و بی‌نقص وجود دارد. اما برای این مشکلات نیز راه‌حل‌هایی وجود دارد. ما در حال حاضر انواع مختلفی از راکتورها را برای آزمایش داریم و در واقع، مسئله اصلی، نحوه درست و بهینه کنار هم قرار دادن اجزای این سیستم است.

او در پایان اضافه می‌کند:

فناوری CCU یک بخش کوچک اما ضروری برای دستیابی به اهداف «گذار سبز» در صنعت و رسیدن به «آلایندگی صفر» است. هدف از آلایندگی صفر این است که میزان انتشار گازهای گلخانه‌ای با میزان حذف این گازها از جو برابر باشد. با این حال، باید توجه داشت که این فناوری نمی‌تواند جایگزین منابع انرژی تجدیدپذیر مانند انرژی خورشیدی و بادی شود. این منابع همچنان مهم‌ترین ابزار ما در مسیر گذار به سمت یک اقتصاد سبز و پایدار هستند.