Wissenschaftler der Universitäten Stanford und Northwestern haben ein biologisches System entwickelt, das in der Lage ist, CO₂ umzuwandeln in wertvolle Chemikalien.
Der Fortschritt, veröffentlicht in Nature Chemical Engineering, könnte es ermöglichen, dieses Treibhausgas in Rohstoffe für die Industrie umzuwandeln.
Die Methode, genannt ReForm, nutzt fünf Schritte, um das Kohlendioxid zu verarbeiten.
Die Forscher wendeten Gentechnik auf natürliche Moleküle an, um die Erfassung und Umwandlung von CO₂ in nützliche Verbindungen zu optimieren.
Die Umwandlung von CO₂, eine dringende Herausforderung für den Planeten
Derzeit sind die hohen atmosphärischen CO₂-Werte eine der Hauptbedrohungen für den Klimawandel und die Umwelt.
In den letzten fünf Jahrzehnten sind die Kohlendioxidwerte in der Umwelt laut Messungen des LOAA-Observatoriums in Hawaii um mehr als 30% gestiegen.
Daher ist es heute eine wesentliche Herausforderung für die Welt, die Industrie so zu transformieren, dass sie ihren CO₂-Fußabdruck reduziert oder eliminiert.
„Wenn wir diese globale Herausforderung angehen wollen, brauchen wir dringend neue Wege zur Herstellung von Produkten mit negativen Kohlenstoffemissionen„, erklärte Ashty Karim, Forscher an der Northwestern und Co-Direktor der Studie, in diesem Zusammenhang.
Heute ist es die Geschwindigkeit des Klimawandels, die mehr Sorgen bereitet als die absoluten Werte, wobei CO₂ der Hauptverantwortliche ist.
Vor diesem Problem erscheint das System ReForm, das mit anderen bestehenden Technologien kombiniert wird, um einen geschlossenen industriellen Kreislauf zu schaffen.
Wie ReForm funktioniert
Das System ReForm wandelt zuerst das CO₂ in Formiat (HCO₂⁻) um, ein organisches Molekül, das nur wenige Organismen effizient nutzen.
Die Wissenschaftler extrahierten die Enzyme aus diesen Bakterien, um sie außerhalb der Mikroorganismen zu verwenden.
„Es ist, als würde man die Motorhaube eines Autos öffnen und den Motor herausnehmen“, sagte Michael Jewett, Co-Direktor von Stanford.
„Danach können wir diesen Motor für alles andere verwenden, frei von den Einschränkungen des Autos“, fügte er hinzu.
Der Prozess verwandelt das Formiat in Acetyl-CoA und anschließend in Malat, eine Verbindung, die von der chemischen Industrie genutzt werden kann. Zu den Anwendungen gehören:
- Produktion von Bioelektrizität
- Herstellung von Biokunststoffen
- Materialien mit negativen Emissionen
- Reduzierung der Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen
„ReForm kann problemlos verschiedene Kohlenstoffquellen nutzen, wie Formiat, Formaldehyd und Methanol“, erklärte Jewett.
Die Integration von Elektrochemie und synthetischer Biologie ermöglicht es, CO₂ aus der Luft zu erfassen und in grünes Methanol umzuwandeln.
Jetzt versuchen die Forscher, den Stoffwechselweg zu optimieren, um die Kohlenstoffumwandlung effizienter zu gestalten.
Diese Werkzeuge könnten auch zur Entwicklung anderer Enzymtypen verwendet werden.
„Wir erwarten, dass hybride Technologien, die das Beste aus Chemie und Biologie integrieren, neue transformative Richtungen für eine kohlenstoff- und energieeffiziente Zukunft bieten werden“, erklärte Jewett.
Aus diesem Grund sieht Karim mehrere Richtungen für diese Innovation voraus. „Es gibt uns Hoffnung auf eine Zukunft, in der wir mehrere Technologien, biologische und abiotische, auf einzigartige Weise kombinieren können, um neue Lösungen zu finden“, schloss er.
