تولید شیمیایی متعارف امروزه وابسته به سوخت‌های فسیلی و فرایندهای پرانرژی است. بیوهیبریدهای نیمه‌هادی یک فناوری جدید هستند که مواد جاذب نور را با سلول‌های زنده ترکیب می‌کنند تا از انرژی خورشیدی برای تولید مواد شیمیایی استفاده کنند. این فناوری وعده‌ی استفاده پایدارتر از انرژی خورشیدی برای تولید شیمیایی را می‌دهد. اما چالش اصلی پیدا کردن راهی برای افزایش مقیاس تولید آن به صورت اقتصادی و سازگار با محیط زیست است.
در این مطالعه، محققان تصمیم گرفتند تا آلاینده های حاصل از فاضلاب را مستقیماً در محیط فاضلاب به بیوهیبریدهای نیمه هادی تبدیل کنند. این مفهوم شامل استفاده از کربن آلی، فلزات سنگین و ترکیبات سولفات موجود در فاضلاب به عنوان مواد خام برای ساخت این بیوهیبریدها و متعاقبا تبدیل آنها به مواد شیمیایی ارزشمند است.
با این وجود، فاضلاب‌های صنعتی معمولاً حاوی مخلوط پیچیده‌ای از آلاینده‌های مختلف آلی، فلزات سنگین و ترکیبات شیمیایی سمی هستند. این مواد برای باکتری‌ها، سمی بوده و متابولیسم آنها را مختل می‌کند. همچنین این فاضلاب‌ها حاوی سطوح بالای نمک و اکسیژن هستند که نیازمند باکتری‌های خاصی است. بنابراین استفاده مستقیم از این فاضلاب‌ها به عنوان خوراک باکتری‌ها کار بسیار چالش‌برانگیز و دشواری است. نیاز است روش‌های پیش‌تصفیه و آماده‌سازی فاضلاب‌ها قبل از استفاده توسط باکتری‌ها توسعه یابد.
برای غلبه بر این مسئله، محققان یک باکتری دریایی با رشد سریع به نام Vibrio natriegens را انتخاب کردند که دارای تحمل استثنایی برای غلظت نمک بالا و ظرفیت استفاده از منابع مختلف کربن است. آنها یک مسیر کاهش سولفات هوازی را به V. natriegens معرفی کردند و این سویه مهندسی شده را برای استفاده از منابع فلزی و کربنی مختلف به منظور تولید بیوهیبریدهای نیمه هادی مستقیماً از چنین فاضلابی آموزش دادند.
ماده شیمیایی هدف اولیه آنها برای تولید 2،3-بوتاندیول (BDO)، یک ماده شیمیایی کالای ارزشمند بود.
با مهندسی سویه ای از V. natriegens، آنها سولفید هیدروژن تولید کردند که نقشی اساسی در تسهیل تولید نانوذرات CdS که به طور موثر نور را جذب می کنند، ایفا کرد. این نانوذرات که به دلیل زیست سازگاری خود شهرت دارند، امکان ایجاد بیوهیبریدهای نیمه هادی در محل را فراهم کردند و باکتری های غیر فتوسنتزی را قادر ساختند که از نور استفاده کنند.
نتایج نشان داد بیوهیبریدهای فعال شده با نور خورشید توانستند به طور چشمگیری تولید BDO را نسبت به استفاده تنها از باکتری‌ها افزایش دهند. این روش ترکیب سلول‌های باکتریایی و مواد جاذب نور خورشید، بازدهی بالاتری داشته است و قابلیت مقیاس‌پذیری دارد که می تواند در مقیاس ۵ لیتری با استفاده از فاضلاب واقعی، BDO تولید کند. در نتیجه این فناوری پتانسیل خوبی برای تولید صنعتی BDO به روشی پایدارتر دارد.
محققان می گویند: پلت فرم بیوهیبرید نه تنها دارای ردپای کربن کمتری است، بلکه هزینه های محصول را نیز کاهش می دهد، که منجر به اثرات زیست محیطی کلی کمتری در مقایسه با هر دو روش تخمیر باکتریایی سنتی و تولید BDO مبتنی بر سوخت فسیلی می شود. قابل توجه است که این بیوهیبریدها را می توان با استفاده از منابع مختلف فاضلاب تولید کرد.
دیدگاه