Согласно новому исследованию, обычные хлебные крошки могут стать ключом к отказу от ископаемого топлива в одной из наиболее распространенных реакций химической промышленности. Ученые разработали микробиологическую формулу, использующую отходы хлеба для замены водорода, получаемого из ископаемого топлива, в процессе гидрогенизации — химической реакции, широко используемой в производстве продуктов питания, фармацевтических препаратов, пластмасс и других товаров повседневного спроса.
Углерод-отрицательный подход к гидрогенизации
Новый подход является углеродно-отрицательным и может открыть новые пути для биопроизводства с использованием возобновляемых и полученных из отходов сырьевых материалов, утверждают исследователи.
Гидрогенизация является краеугольным камнем современного химического производства, но сегодня она почти полностью зависит от водорода, получаемого из ископаемого топлива. Как производство, так и использование этого водорода требуют больших затрат энергии, часто достигая температур в несколько сотен градусов Цельсия и давлений, сравнимых с теми, которые наблюдаются в самых глубоких частях океана.
В пищевой промышленности гидрогенизация используется для преобразования жидких растительных масел в более стабильные твердые жиры. В промышленности в целом это ключевой этап синтеза фармацевтических препаратов, тонких химикатов, топлива и полимеров — как правило, с использованием металлических катализаторов, таких как никель, палладий или платина.
Превращение хлебных отходов в экологически чистое топливо
Ученые из лаборатории Уоллеса Эдинбургского университета показали, что гидрирование можно проводить с использованием водорода, получаемого естественным путем из живых бактерий.
В ходе исследования распространенный лабораторный штамм кишечной палочки питался сахарами, извлеченными из отходов хлеба, и выращивался в отсутствие кислорода. В этих условиях бактерии естественным образом производят водород. Когда в тот же реакционный сосуд добавляли небольшое количество палладиевого катализатора и целевого химического вещества, водорода, вырабатываемого микробами, было достаточно для проведения реакции гидрирования в мягких условиях с низкой энергией.
Весь процесс происходит в одной герметичной колбе при температуре, близкой к комнатной, без использования ископаемого топлива или внешнего источника водорода.
Детальный анализ показал, что этот процесс может быть углеродно-отрицательным, если в качестве исходного материала использовать отходы хлеба. Благодаря отказу от водорода, получаемого из ископаемого топлива, и предотвращению попадания пищевых отходов на свалки или в мусоросжигательные заводы, система поглощает больше парниковых газов, чем производит.
Расширение масштабов деятельности для промышленности и повышения эффективности
Команда планирует расширить этот подход на более широкий спектр повседневных ценных продуктов и исследовать различные микробные организмы-хозяева для разработки штаммов, которые исключают необходимость использования металлического катализатора.
Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Chemistry.
Эдинбургский университет стремится к созданию более устойчивого мира посредством своих передовых исследований, преподавания, партнерских отношений и инноваций.
Он признан одним из ведущих университетов мира по влиянию на окружающую среду и социальную сферу, а борьба с климатическими и экологическими чрезвычайными ситуациями является ключевой частью миссии университета по достижению углеродной нейтральности к 2040 году.
Профессор Стивен Уоллес, заведующий кафедрой химической биотехнологии в Школе биологических наук Эдинбургского университета, сказал: «Гидрогенизация лежит в основе значительной части современного производства, но оно по-прежнему почти полностью зависит от водорода, получаемого из ископаемого топлива. Мы показали, что живые клетки могут напрямую производить этот водород, используя отходы в качестве сырья, и делать это таким образом, который может быть фактически углеродно-отрицательным».
«Этот подход не ограничивается только пищевой химией. Гидрогенизация используется в фармацевтике, тонкой химии и материаловении. Возможность проводить эти реакции с использованием микробного водорода открывает новые возможности для устойчивого производства в больших масштабах».
Доктор Сьюзан Боди, директор по развитию инноваций и лицензированию в Edinburgh Innovations, сказала: «Профессор Уоллес — один из нескольких исследователей Эдинбургского университета, использующих инновационные и устойчивые методы инженерной биологии для переработки отходов. Эти методы могут способствовать «зеленой революции» в промышленном производстве в Великобритании и за ее пределами, и мы призываем компании, заинтересованные в сотрудничестве с нами, связаться с нами».
Дуглас Мартин, основатель и генеральный директор MiAlgae, заявил: «MiAlgae использует передовые биотехнологические методы для устойчивого производства Омега-3 для аквакультуры и производства кормов для домашних животных. Недавно начав строительство нашего нового завода в Грангемуте, мы верим, что биотехнологии могут преобразовать промышленные процессы и построить более устойчивое будущее».
