Dauguma mūsų įpratę paskutinį, perdžiūvusį duonos gabalėlį laikyti šiukšlėmis arba palikti jį paukščiams.
Tačiau Edinburgo universiteto mokslininkai į šią atlieką žvelgia visiškai kitaip – kaip į galimą sprendimą chemijos pramonei.
Jie panaudojo atliekų duoną vandenilinimui – esminiam cheminiam procesui, nuo kurio šiandien priklauso visko, nuo farmacijos produktų iki plastikų, gamyba.
Tyrime naudota įprasta „E. coli“ bakterijų atmaina, kuri sunaudoja iš atliekų duonos gautus cukrus. Šis naujas metodas siūlo tvarią, lengvai didinama apimtimi alternatyvą įvairioms pramonės šakoms.
„Vandenilinimas yra milžiniškos dalies šiuolaikinės gamybos pagrindas, tačiau jis vis dar beveik visiškai priklauso nuo iš iškastinio kuro gaunamo vandenilio“, – sako profesorius Stephenas Wallace’as, Cheminės biotechnologijos asmeninės katedros vadovas, Edinburgo universiteto Biologijos mokslų mokykla.
Be iškastinio kuro – naujas procesas
Šiuolaikiniai gamybos procesai daugiausia remiasi CO₂ išskiriančiu iškastiniu kuru.
Ypač vandenilinimo procesui iki šiol buvo naudojamos iš iškastinio kuro gaunamos vandenilio dujos.
Vandenilinimas – tai pramoninis procesas, kuriuo, pavyzdžiui, skysti augaliniai aliejai paverčiami stabiliais kietaisiais riebalais, taip pat sintetinami farmacijos produktai, plastikai ir degalai.
Ši reakcija paprastai vykdoma naudojant metalinius katalizatorius – tokius kaip nikelis, paladis ar platina – ir yra taikoma daugybei būtinų prekių gamyboje.
Vis dėlto tai anglies dioksidą intensyviai išskiriantis, daug energijos reikalaujantis ciklas, kuriam būtinas itin aukštas slėgis ir temperatūra, prilygstantys sąlygoms vandenyno dugne.
Profesoriaus Wallace’o vadovaujama komanda smarkiai sumažino poreikį iškastinio kuro vandeniliui cheminėje gamyboje, sukūrusi sumanų vieno indo (angl. „single-flask“) metodą, varomą atliekų duona.
Tyrimas parodė, kad vandenilinimas gali būti vykdomas naudojant vandenilio dujas, natūraliai generuojamas gyvų bakterijų.
Proceso metu įprasta „E. coli“ atmaina buvo „šeriama“ išmestos duonos cukrumis, taip sukuriant biologinį „variklį“.
Aplinkoje, kurioje nėra deguonies, šios bakterijos pačios gamina vandenilio dujas. Į sandariai uždarytą indą pridėjus labai nedidelį kiekį metalo – paladžio – katalizatoriaus ir palaikant beveik kambario temperatūrą, vandenilinimo reakcija įvyksta nenaudojant nė lašo iškastinio kuro vandenilio.
Taip mikrobiškai pagamintas vandenilis sėkmingai užtikrino tikslinių cheminių junginių vandenilinimą švelniomis, mažai energijos reikalaujančiomis sąlygomis.
Žalesnė ateitis
Šio vieno indo mikrobinio metodo padariniai gali būti labai reikšmingi.
Procesas paverčia atliekų tvarkymo naštą gamybiniu ištekliumi – nukreipia duoną nuo sąvartynų, kur ji išskirtų metaną, ir leidžia ją panaudoti vietoj iškastinio kuro gaunamo vandenilio.
„Parodėme, kad gyvos ląstelės gali tiekti vandenilį tiesiogiai, naudodamos atliekas kaip žaliavą, ir daryti tai taip, kad procesas iš tiesų būtų anglies dioksido požiūriu neigiamas“, – aiškina Wallace’as.
„Šis metodas nėra apribotas vien maisto chemija. Vandenilinimas taikomas farmacijos, smulkiųjų cheminių medžiagų, medžiagų mokslo srityse. Galimybė vykdyti šias reakcijas naudojant mikrobinį vandenilį atveria naujų galimybių tvariai gamybai dideliu mastu“, – priduria tyrimo autorius.
Komanda dabar rengiasi kitam tyrimų etapui, kurio tikslas – visiškai atsisakyti metalinių katalizatorių.
Ekspertų teigimu, šis anglies dioksido požiūriu neigiamas, biologija grįstas metodas gali paskatinti žaliąją pramonės revoliuciją Jungtinėje Karalystėje ir kitur. Ši technologija siūlo tvarų modelį, kuris, tikimasi, paskatins tolesnį verslo ir mokslo bendradarbiavimą bei naujoves, gaminant produktus iš atsinaujinančių ir atliekinių žaliavų.
