Il team NETL converte la CO2 in acetato: il progetto può ridurre i gas serra fornendo allo stesso tempo utili materie prime commerciali

Jul 07, 2023

27 agosto — PITTSBURGH — Mentre le preoccupazioni relative ai gas serra e al riscaldamento globale continuano in tutto il mondo, un team di tre ricercatori del National Energy Technology Laboratory ha trovato un modo per trasformare l'anidride carbonica in un utile prodotto commerciale - l'acetato - e sta lavorando per espandere la loro scoperta su scala commerciale.

Djuna Gulliver, investigatore principale federale; Sam Flett, ricercatore associato presso l'Oak Ridge Institute for Science and Education; e l'ingegnere ricercatore Dan Ross, con il team di supporto alla ricerca del Lidos di NETL, hanno spiegato il loro lavoro e hanno offerto un tour del loro laboratorio di Pittsburgh.

L'acetato è un liquido semisintetico con una vasta gamma di usi: può essere filato in fibre per tessuti o modellato in forme per montature per occhiali o gioielli o utilizzato per prodotti per la pulizia o cose come solvente per unghie (acetone).

La loro scoperta di trasformare il gas CO2 in acetato liquido è stata una felice coincidenza, hanno detto i tre scienziati. Prevede l’intervento di microrganismi che agiscono come biocatalizzatori.

Un catalizzatore è una sostanza che aumenta la velocità di una reazione chimica senza subire alcun cambiamento chimico permanente. Un biocatalizzatore è una sostanza naturale che utilizza enzimi provenienti da fonti biologiche per raggiungere lo stesso scopo delle reazioni biochimiche. NETL ha depositato un brevetto sulla tecnologia.

Ross stava lavorando a un progetto diverso per convertire il carbone in metano utilizzando la microbiologia e aveva accesso ai pozzi di metano del carbone. L’idea di convertire la CO2 in prodotti a valore aggiunto utilizzando l’elettricità non è una novità, quindi hanno deciso di provare ad arricchire questi campioni di metano in laboratorio per convertirli in acetato.

"Abbiamo pensato che sarebbe stata una buona fonte di questi microrganismi e abbiamo avuto una capacità davvero unica di ottenere questi campioni perché lavoriamo molto in questi sistemi", ha detto Gulliver.

Naturalmente non tutte le piccole creature sono adatte. Hanno iniziato con una comunità altamente diversificata e, attraverso una serie di esperimenti, hanno arricchito la comunità che ha la più alta abbondanza di 4-5 microrganismi che hanno catalizzato la conversione dell’anidride carbonica in acetato.

E non devono continuare a tornare al pozzo per raccogliere altri organismi, hanno detto. Continuano a propagarsi dal campione originale: un profano potrebbe paragonarlo approssimativamente al lievito madre.

La fase successiva del loro progetto, hanno detto, è capire come produrre di più. Al momento, possono produrre circa 8 grammi per litro di soluzione (un grammo corrisponde a circa 0,28 once o 1,9 cucchiaini da tè) in provette. Vogliono aumentarlo (il titolo è una misura della concentrazione) a 40 grammi per litro e passare dalla produzione di litri di prodotto a galloni. "Il nostro obiettivo è sempre quello di aumentare tale concentrazione."

"L'espansione sarà più un problema, penso, in termini di costi materiali per garantire che saremo in grado di avere la logistica necessaria", ha detto Gulliver. In teoria, dovrebbero essere in grado di far crescere i microrganismi in una biomassa abbastanza grande da consentire quantità significative di conversione.

Hanno iniziato a lavorare su questo progetto nel 2017-18, hanno detto, ma il COVID l’ha interrotto, quindi entro la fine del 2020 e nel 2021 hanno iniziato ad espandere il processo di test, ha detto Ross. "Negli ultimi anni abbiamo ottimizzato e ora che abbiamo in un certo senso ristretto il campo, vogliamo lavorare di più sul lato del bioreattore, ingegnerizzandolo in modo da massimizzare i nostri prodotti."

Un bioreattore non è una specie di macchina mostruosa che produce cose con tutti i tipi di rumori ed effetti spaventosi. I loro bioreattori sono tubi da 1 litro. Mettono il liquido di propagazione con la coltura in una provetta, lo gassano con CO2 e lo lasciano lavorare per produrre l'acetato.

In questo momento, quando raggiungono il titolo desiderato, devono fermarsi e rimuovere il materiale. Questo è chiamato reattore batch.

Quindi stanno lavorando per sviluppare un reattore a flusso continuo, in cui un flusso fluido entra e colpisce il biocatalizzatore, e mentre funziona l'acetato esce da un'uscita diversa. Ciò significa che potrebbero aumentare il tempo di residenza – la quantità di tempo nel reattore – e raddoppiare o triplicare la concentrazione ed estrarre costantemente il prodotto anziché interrompere costantemente il processo.