Από τη θάλασσα στο πράσινο πλαστικό: Ο αντιδραστήρας που μετατρέπει το CO2 σε βιοπολυμερή

Οι ωκεανοί της Γης λειτουργούν εδώ και εκατομμύρια χρόνια ως τεράστια φυσικά «απορροφητήρια» άνθρακα. Κάθε χρόνο, απορροφούν περίπου το ένα τρίτο του διοξειδίου του άνθρακα που παράγεται από ανθρώπινες δραστηριότητες. Μέχρι σήμερα, αυτό το CO2 θεωρούνταν πρόβλημα, καθώς οδηγεί στην οξίνιση των θαλασσών και επιδεινώνει την κλιματική κρίση. Μια ομάδα Κινέζων ερευνητών όμως βρήκε έναν τρόπο να μετατρέψει αυτό το «απόβλητο» σε πολύτιμη πρώτη ύλη: βιοδιασπώμενο πλαστικό.

Η πρωτοποριακή τεχνολογία προέρχεται από το Shenzhen Institutes of Advanced Technology και το University of Electronic and Technological Sciences of China, υπό την καθοδήγηση των Gao Xiang και Xia Chuan. Οι επιστήμονες αυτοί ανέπτυξαν τον πρώτο στον κόσμο αντιδραστήρα ικανό να συλλαμβάνει απευθείας το CO2 που είναι διαλυμένο στο θαλασσινό νερό και να το μετατρέπει σε σουξινικό οξύ — μια βασική χημική ουσία για την παραγωγή βιοπλαστικών, όπως το πολυβουτυλενοσουλφονικό (PBS).

Η εγκατάσταση λειτουργεί μέσω ενός ευφυούς συνδυασμού ηλεκτροχημείας και βιοτεχνολογίας. Το θαλασσινό νερό περνά μέσα από έναν αντιδραστήρα πέντε θαλάμων. Εκεί, ένα ηλεκτρικό πεδίο διασπά τα μόρια του νερού και απελευθερώνει πρωτόνια, δημιουργώντας ένα όξινο περιβάλλον σε έναν από τους θαλάμους. Το όξινο αυτό περιβάλλον μετατρέπει τα διαλυμένα ανθρακικά άλατα σε αέρια μορφή CO2. Το αέριο, μέσω μιας μεμβράνης από κοίλες ίνες, μεταφέρεται σε έναν δεύτερο αντιδραστήρα όπου ένας καταλύτης βασισμένος στο βισμούθιο το μετατρέπει σε μυρμηκικό οξύ.

Εδώ κάνει την εμφάνισή του ο βιολογικός παράγοντας: το θαλάσσιο βακτήριο Vibrio natriegens, γενετικά τροποποιημένο για να ζυμώνει το μυρμηκικό οξύ και να παράγει σουξινικό οξύ. Πρόκειται για μια ένωση που ήδη χρησιμοποιείται ευρέως στη χημική βιομηχανία και αποτελεί τη βάση για βιοδιασπώμενα υλικά, επιτρέποντας την παραγωγή «πράσινων» πλαστικών χωρίς τη χρήση πετρελαίου ή φυσικού αερίου.

Στα πειράματα που πραγματοποιήθηκαν με πραγματικό θαλασσινό νερό από τον κόλπο του Shenzhen, το σύστημα λειτούργησε αδιάκοπα για πάνω από 530 ώρες, διατηρώντας αποδοτικότητα σύλληψης CO2 περίπου 70%. Το κόστος της διαδικασίας εκτιμάται γύρω στα 230 ευρώ ανά τόνο CO2 που αφαιρείται, τιμή εξαιρετικά ανταγωνιστική σε σύγκριση με τις πιο προηγμένες τεχνολογίες δέσμευσης άνθρακα που υπάρχουν σήμερα.

Για τους δημιουργούς του project, η σημασία δεν περιορίζεται στην απορρόφηση του CO2. Το πραγματικό πλεονέκτημα είναι η δυνατότητα «ανακύκλωσης» του άνθρακα σε χρήσιμα προϊόντα. Ο αντιδραστήρας έχει σχεδιαστεί με αρθρωτή αρχιτεκτονική, πράγμα που σημαίνει ότι μπορεί να επαναρυθμιστεί ώστε να παράγει και άλλες χημικές ενώσεις, όπως γαλακτικό οξύ ή βουτανοδιόλη. Αυτή η ευελιξία ανοίγει τον δρόμο για πλήθος βιώσιμων εφαρμογών στη βιομηχανία, από τη φαρμακευτική έως την παραγωγή βιοπολυμερών.

Η έρευνα αυτή αντιπροσωπεύει, σύμφωνα με πολλούς ειδικούς, μια αλλαγή παραδείγματος. Μέχρι σήμερα, οι ωκεανοί θεωρούνταν κυρίως παθητικοί απορροφητήρες άνθρακα, τεράστιες δεξαμενές που συγκρατούν CO2 χωρίς να μπορούμε να το αξιοποιήσουμε. Η νέα προσέγγιση μετατρέπει τη θάλασσα σε ενεργό πηγή πρώτων υλών για μια οικονομία χαμηλών εκπομπών.

Αν το σύστημα αυτό τροφοδοτείται από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, όπως θαλάσσια αιολικά πάρκα ή κυματικές γεννήτριες, θα μπορούσε να λειτουργεί πλήρως ουδέτερα ως προς τον άνθρακα. Με άλλα λόγια, η ίδια η διαδικασία δεν θα προσέθετε νέο CO2 στην ατμόσφαιρα, ενώ ταυτόχρονα θα αφαιρούσε ήδη υπάρχον άνθρακα από τη θάλασσα.

Ο Xiang Chengxiang, ερευνητής του California Institute of Technology που δεν συμμετείχε στη μελέτη, σημειώνει ότι:

Η πραγματική ισχύς αυτής της τεχνολογίας έγκειται στη δυνατότητά της να μετατρέπει το θαλάσσιο CO2 σε πρόδρομη ουσία για βιοπλαστικά, με σταθερή απόδοση και ρεαλιστικό κόστος

Η προοπτική ενσωμάτωσης τέτοιων αντιδραστήρων σε παράκτιες εγκαταστάσεις ή βιομηχανικά λιμάνια θα μπορούσε, θεωρητικά, να μειώσει τη συγκέντρωση του CO2 στους ωκεανούς και ταυτόχρονα να προσφέρει μια βιώσιμη εναλλακτική στην παραγωγή πλαστικού, υποκαθιστώντας τα συμβατικά πολυμερή που βασίζονται στα ορυκτά καύσιμα.

Η δημοσίευση των αποτελεσμάτων στο περιοδικό Nature Catalysis επιβεβαιώνει τη σημασία της ανακάλυψης αυτής για την επιστημονική κοινότητα. Πέρα από ένα ακόμα επίτευγμα στην τεχνολογία δέσμευσης άνθρακα, η καινοτομία αυτή προτείνει έναν διαφορετικό τρόπο να αντιμετωπίζουμε την κλιματική κρίση: όχι μόνο απομακρύνοντας το CO2 από το περιβάλλον, αλλά επαναχρησιμοποιώντας το δημιουργικά για την κατασκευή των υλικών του μέλλοντος.

[source]