Ученые из лаборатории Уоллеса Эдинбургского университета (Великобритания) предложили инновационный способ использовать обычные бактерии как «живые химические заводы», которые способны производить водород и ценные органические соединения из отходов хлеба, тем самым сокращая зависимость от ископаемого топлива. Статья с результатами исследования опубликована в авторитетном научном издании Nature Chemistry.
Традиционный процесс гидрогенизации в химической промышленности требует переработку угля или природного газа, что сопровождается выбросами 15–20 кг парниковых газов (прежде всего CO2) на каждый килограмм водорода. Получение водорода электролизом воды экологически чисто, но очень затратно. Новая методика позволяет избежать этих проблем, генерируя газ внутри живых клеток бактерий E.coli в ходе ферментации пищевых отходов.
Бактерий кормят простыми сахарами или даже черствым хлебом — источником углеводов, которые они расщепляют. Затем в смесь добавляют катализатор на основе палладия, который оседает на наружной мембране бактериальных клеток. Полученный внутри бактерий водород выделяется в чистом виде или используется для присоединения водородных атомов к другим молекулам, создавая промежуточные вещества, необходимые для производства пластмасс, лекарств, парфюмерии и косметики.
От отходов к ценным соединениям
В лабораторных экспериментах исследователи продемонстрировали, что бактерии, питающиеся отходами хлеба, производили водород с эффективностью до 99% в реакциях гидрогенизации. Это означает, что пищевые отходы могут стать сырьем для производства ценных химических соединений, превращая то, что обычно отправляется на свалку, в полезный ресурс. Среди произведенных веществ были адипиновая кислота (используется для изготовления нейлона), бихеновая кислота (используется в косметике и кондиционерах для волос) и малиноновый кетон (пищевой ароматизатор).
Проведенный оценочный анализ жизненного цикла бактерий показал, что технология будет углеродно-отрицательной: она не просто снижает выбросы, но и абсорбирует углерод, делая процесс экологически выгодным по сравнению с традиционными методами.
Для справки
По оценкам экспертов, ежегодно в Великобритании выбрасывается около 1 млн тонн хлеба, что делает его потенциально крупным источником сырья для микробного производства водорода и химикатов.
В других исследованиях было показано, что хлеб как субстрат может применяться для ферментации продуктов с повышенным содержанием полезных веществ, например, прекурсоров витамин B12.
Наша технология позволяет генерировать, перехватывать и многократно использовать метаболиты микробов для поддержки биосовместимого переходного металлического катализа и устойчивого экологически чистого синтеза полезных химикатов.Миррен Уайт
О том, как ученые научили бактерии пожирать раковые опухоли изнутри, читайте в материале Hi-Tech Mail.