Daugelis mūsų paskutinį, sudžiūvusį duonos gabalėlį linkę laikyti šiukšle arba palikti paukščiams. Tačiau Edinburgo universiteto mokslininkai į šią atliekinę žaliavą pažvelgė visai kitaip – kaip į galimą sprendimą chemijos pramonei.
Tyrėjai panaudojo išmestą duoną vandenilinimui – vienam svarbiausių cheminių procesų, nuo kurio šiandien priklauso daugybės produktų gamyba: nuo vaistų iki plastikų. Eksperimente pasitelkta įprasta E. coli bakterijų atmaina, kuri sunaudoja iš atliekų duonos gautus cukrus. Šis metodas siūlo tvarią ir lengvai plečiamo masto alternatyvą skirtingoms pramonės šakoms.
„Vandenilinimas yra didžiulės dalies šiuolaikinės gamybos pagrindas, tačiau jis vis dar beveik visiškai priklauso nuo vandenilio, gaunamo iš iškastinio kuro“, – teigia profesorius Stephenas Wallace’as, Edinburgo universiteto Biologijos mokslų mokyklos Cheminės biotechnologijos katedros vadovas.
Be iškastinio kuro – naujas procesas
Šiuolaikinė gamyba daugeliu atvejų remiasi iškastiniu kuru, todėl neišvengiamai išskiria CO₂. Tai ypač aktualu vandenilinimui: iki šiol šiam procesui dažniausiai naudojamos vandenilio dujos, pagamintos iš iškastinių išteklių.
Vandenilinimas – tai pramoninis procesas, kuriuo, pavyzdžiui, skysti augaliniai aliejai paverčiami stabilesniais kietaisiais riebalais, taip pat sintetinami farmaciniai produktai, plastikai ir degalai. Reakcija paprastai vykdoma naudojant metalinius katalizatorius, tokius kaip nikelis, paladis ar platina, todėl ji plačiai taikoma daugelio būtinų prekių gamyboje.
Vis dėlto įprastinis vandenilinimas yra daug energijos reikalaujantis procesas: jam būtinos aukštos temperatūros ir slėgiai, o tai reiškia dideles CO₂ emisijas ir reikšmingas sąnaudas.
Profesoriaus Wallace’o vadovaujama komanda siekė sumažinti priklausomybę nuo iškastiniu kuru pagaminto vandenilio ir sukūrė sumanų „vieno indo“ metodą, kuriame energijos šaltiniu tampa atliekų duona. Tyrimas parodė, kad vandenilinimą galima atlikti naudojant vandenilio dujas, kurias natūraliai pagamina gyvos bakterijos.
Proceso metu E. coli bakterijos buvo „maitinamos“ išmestos duonos cukrumis, taip sukuriant biologinį variklį. Deguonies neturinčioje aplinkoje šios bakterijos ima gaminti vandenilio dujas. Į sandariai uždarytą indą įdėjus labai nedidelį kiekį paladžio katalizatoriaus ir palaikant beveik kambario temperatūrą, vandenilinimo reakcija įvyksta nenaudojant iškastinio kuro vandenilio.
Taip mikroorganizmų pagamintas vandenilis sėkmingai užtikrino tikslinių cheminių junginių vandenilinimą švelniomis, mažai energijos reikalaujančiomis sąlygomis.
Žalesnė ateitis
Šio mikrobinio „vieno indo“ metodo reikšmė gali būti labai didelė. Jis atliekų tvarkymo problemą paverčia gamybiniu ištekliumi: duona nukreipiama nuo sąvartynų, kur irdama ji išskirtų metaną, o vietoje to panaudojama kaip žaliava vandeniliui gauti ir cheminei sintezei vykdyti.
„Parodėme, kad gyvos ląstelės gali tiesiogiai tiekti vandenilį, naudodamos atliekas kaip žaliavą, ir daryti tai taip, kad procesas iš tiesų būtų anglies dioksido požiūriu neigiamas“, – aiškina S. Wallace’as.
Jis pabrėžia, kad šis metodas neapsiriboja vien maisto chemija. Vandenilinimas plačiai taikomas farmacijos, smulkiųjų cheminių medžiagų ir medžiagų mokslo srityse. Galimybė tokias reakcijas vykdyti naudojant mikrobiologiškai pagamintą vandenilį atveria naujų kelių tvariai, didelio masto gamybai.
Komanda jau ruošiasi kitam tyrimų etapui – siekiama visiškai atsisakyti metalinių katalizatorių. Ekspertų vertinimu, anglies dioksido požiūriu neigiamas, biologija paremtas metodas gali tapti postūmiu žalesnei pramonės transformacijai Jungtinėje Karalystėje ir kitose šalyse. Tokia technologija siūlo tvarų modelį, galintį skatinti mokslo ir verslo bendradarbiavimą bei inovacijas, kuriant produktus iš atsinaujinančių ir atliekinės kilmės žaliavų.
