Kooldioxide is een van de belangrijkste aanjagers van klimaatverandering, wat betekent dat we de CO .-uitstoot moeten verminderen ₂ uitstoot in de toekomst. Fraunhofer-onderzoekers wijzen op een mogelijke manier om deze uitstoot te verlagen:ze gebruiken het broeikasgas als grondstof, bijvoorbeeld om plastic te maken. Om dit te doen, ze maken eerst methanol en mierenzuur uit CO ₂ , die ze via micro-organismen omzetten in bouwstenen voor polymeren en dergelijke.

Omdat fossiele grondstoffen worden verbrand, CO ₂ wordt losgelaten in de lucht. Tot dusver, de CO ₂ De concentratie in de atmosfeer van de aarde is al gestegen tot ongeveer 400 deeltjes per miljoen (ppm) equivalent aan 0,04 procent. Ter vergelijking:tot het midden van de 19e eeuw, deze waarde lag nog steeds in het bereik van 280 ppm. Het verhoogde gehalte aan koolstofdioxide heeft een aanzienlijke impact op het klimaat. Sinds 1 januari 2021, CO ₂ emissies van de verbranding van fossiele brandstoffen zijn dus onderworpen aan koolstofprijzen, wat betekent dat productiebedrijven moeten betalen voor hun CO ₂ uitstoot. Als resultaat, een groot aantal bedrijven zoekt naar nieuwe oplossingen. Hoe kunnen de kosten verbonden aan CO ₂ emissieprijzen worden verlaagd? Hoe kan CO ₂ emissies worden verminderd door middel van bio-intelligente processen?

Katalytische chemie en biotechnologie:een winnende combinatie

Onderzoekers ontwikkelen momenteel benaderingen hiervoor in de EVOBIO- en ShaPID-projecten van het Fraunhofer Institute for Interfacial Engineering and Biotechnology IGB. Ze werken aan beide projecten in samenwerking met verschillende Fraunhofer-instituten. "We gebruiken de CO ₂ als grondstof, " zegt dr. Jonathan Fabarius, Senior wetenschapper biokatalysatoren bij Fraunhofer IGB. "We volgen twee benaderingen:ten eerste, heterogene chemische katalyse, waarmee we de CO . omzetten ₂ met een katalysator tot methanol. Tweede, elektrochemie, waarmee we mierenzuur maken uit CO ₂ ." Het unieke zit hem echter niet in deze CO ₂ alleen op basis van methanol en mierenzuur, maar in combinatie met biotechnologie, meer specifiek met fermentaties door micro-organismen. Simpel gezegd:de onderzoekers nemen eerst het afvalproduct CO ₂ , wat schadelijk is voor het klimaat, om methanol en mierenzuur te produceren. Beurtelings, ze gebruiken deze verbindingen om micro-organismen te "voeden" die er verdere producten van produceren. Een voorbeeld van dit soort producten zijn organische zuren, die worden gebruikt als bouwstenen voor polymeren - een manier om CO . te produceren ₂ -gebaseerde kunststoffen. Deze methode kan ook worden gebruikt om aminozuren te produceren, bijvoorbeeld als voedingssupplement of diervoeder.

De nieuwe aanpak biedt tal van voordelen. "We kunnen geheel nieuwe producten maken, en ook de CO . verbeteren ₂ voetafdruk van traditionele producten, " Fabarius specificeert. Terwijl conventionele chemische processen veel energie en soms giftige oplosmiddelen vergen, producten kunnen worden geproduceerd met micro-organismen onder mildere en energiezuinigere omstandigheden - per slot van rekening de microben groeien in milieuvriendelijkere waterige oplossingen.

Metabolic engineering maakt het mogelijk

Het onderzoeksteam gebruikt zowel inheemse methylotrofe bacteriën, d.w.z. die die van nature methanol metaboliseren, en gisten die methanol niet echt kunnen metaboliseren. De onderzoekers houden ook constant in de gaten of er nieuwe interessante organismen worden ontdekt en toetsen ze op hun geschiktheid als 'celfabrieken'. Maar hoe maken deze micro-organismen de producten eigenlijk? En hoe kunnen we beïnvloeden wat ze produceren? "In principe, we gebruiken het metabolisme van het micro-organisme om de productie van producten te controleren, " legt Fabarius uit. "Om dit te doen, we introduceren genen in de microben die de blauwdruk vormen voor bepaalde enzymen. Dit wordt ook wel metabolic engineering genoemd." De enzymen die vervolgens in het micro-organisme worden geproduceerd, katalyseren op hun beurt de productie van een specifiek product. de onderzoekers schakelen juist genen uit die deze aanmaak negatief kunnen beïnvloeden. "Door de genen die worden geïntroduceerd te variëren, we kunnen een breed scala aan producten produceren, ' zegt Fabarius.

Het onderzoeksteam werkt aan de hele productieketen:beginnend bij de micro-organismen, gevolgd door de genmodificaties en de opschaling van de productie. Hoewel sommige productieprocessen zich nog in het laboratoriumstadium bevinden, andere producten worden al geproduceerd in bioreactoren met een inhoud van tien liter. Wat de industriële toepassing van dergelijke processen betreft, Fabarius voorziet de implementatie ervan op middellange tot lange termijn. Tien jaar is een realistische tijdshorizon, hij zegt. Echter, de druk op de industrie om nieuwe processen in te voeren neemt toe.