Azalan Küresel Isınma ve Daha Mavi Bir Gökyüzü: Karbon Emisyonlarının Kullanışlı Kimyasallara Geri Dönüşümü
Şehirleşmenin küresel çapta hızla artması gezegenimizi değiştirdi; sera gazları ile atmosferi kirletti ve küresel ısınmaya sebep oldu. Gelecek nesillere bırakacağımız gezegenimizi, mevcut gidişatla gezegenimizden geriye kalanları, korumak için şu an ihtiyacımız olan şey ise eylemerimizi değiştirmek ve daha sürdürülebilir alternatifler bulmak.
Karbon dioksit (CO2) ve karbon monoksit (CO), endüstriyel baca gazlarının büyük bir kısmını oluşturuyor. Yapılan son araştırma, belirli mikroorganizmaların bu gazları faydalı yan ürünlere dönüştürebildiğini gösteriyor. Böylelikle, girişimler artık bu gazları geri dönüştürmek ve dahası “karbon yakalama ve kullanma” (CCU) olarak bilinen bir proseste kullanışlı kimyasallara dönüştürmek için mikropların kullanılmasına yönlendiriliyor. Bu uygulama, yaygın olarak kullanılan mevcut “karbon yakalama ve depolama” (CCS) uygulamasından daha öte bir adım. Fakat, böyle bir CCU uygulaması yüksek miktarda enerji gerektirdiğinden prosesi büyük ölçekte gerçekleştirmek zor ve pahalı. Peki, bu proses en yüksek verim için nasıl optimize edilebilir?
Kore’deki Busan Ulusal Üniversitesi’nden Prof. Jung Rae liderliğindeki bir araştırma ekibi, bu soruyu biyoelektrokimyasal sistem (BES) olarak adlandırılan yeni bir CCU sistemi ile yanıtladı. Prof. Kim, “Elektroaktif bakterilerin elektriği indirgeme gücü olarak kullanarak CO/CO2’yi asetat ve uçucu yağ asitleri gibi faydalı metabolitlere dönüştürdüğü “biyoelektrosentetik bir proses” geliştirdik” diye açıklıyor. Araştırmacılar, BES’lerin verimini mevcut CO gazı sistemlerinden 2 ila 6 kat daha yüksek olacak şekilde optimize edebildiler. Elde edilen bulgular, Ocak 2021’de Bioresource Technology’de yayınlandı.
Çalışmada kullanılan iki odacıklı BES, bu verimi elde etmelerine olanak sağlayan bazı özelliklere sahip. Katot, elektroaktif bir biyofilm içeriyor ve anot, suyun elektrolizi yoluyla hidrojen iyonları üretiyor. Bu odacıklar, odalar arasındaki proton ve elektron akışını kontrol eden bir iyon değişim membranı (IEM) ile bölünmüş durumda. Ayrıca, ilk odacık mikrobiyal kültür ortamı içerirken, ikinci odacık sistemin başlangıç pH’ını kontrol etmek için mekanizmalar içeriyor. Bunlara ek olarak, sistem içerisinde bir kinon elektron aracısı kullanılmış.
Doğru IEM, yani protonların geçmesine izin veren ancak oksijenin geçmesine izin vermeyen IEM, verildiğinde anot kısmındaki asidik pH’ın membran boyunca daha yüksek bir proton konsantrasyonu gradyanına neden olduğunu buldular ki bu da asetat üretimini ve katot bölmesindeki daha uzun zincirli yağ asitlerinin sentezini arttırmanın anahtarıydı. Kinona bağımlı aracılar ise elektron transferini iyileştirdi ve ürün oluşumunu artırdı.
Prof. Kim, “CO, CO2’den daha indirgenmiş bir gaz olduğu için, belki de şaşırtıcı olmayan bir şekilde, karbon monoksitin faraday verimliliği CO2‘nin faraday verimliliğinin iki katıydı. CO, çoğu çelik fabrikası prosesinin endüstriyel çıkış gazında ve biyokütle gazlaştırmasında önemli bir bileşendir. Bu BES dönüşümü aracılığıyla, çeşitli biyoprosesler için değerli bir hammadde olabilir. Bu çalışma, CO2‘nin BES’ler aracılığıyla ticari olarak uygun hale dönüştürülmesini sağlayan ilk çalışmadır” diye belirtiyor ve ekliyor, “Mikroplar kendi kendilerine çoğalırlar, bu da BES’i ekonomik bir çözüm haline getirmekte. Bu durum, elde ettiğimiz verimlilik ve yarattığımız optimum sistemle birleştiğinde bu uygulamayı endüstri için yeterince ilgi çekici hale getiriyor olmalıdır; öyle ki önümüzdeki 5 yıl içinde ticari endüstriyel bir makine haline gelecektir.”
Kaynak: sciencedaily.com
