Bacteriën kunnen een arbeidskracht worden die onze energiesector helpt herdefiniëren.

Hoewel deze eencellige organismen vaak worden afgedaan als gezondheidsrisico's, of juichten voor hun probiotische voordelen, hun nut als zeer gespecialiseerde microscopische arbeiders begint nu pas begrepen te worden - en het werk dat ze doen zou de manier waarop we onze energie maken kunnen veranderen.

Als onderdeel van het onderzoeksinitiatief Future Energy Systems, Biologische wetenschappen onderzoeker Lisa Stein van de Universiteit van Alberta en onderzoeker chemische technologie Dominic Sauvageau zijn genetisch gemodificeerde ongevaarlijke bacteriën die methaan consumeren, een van de krachtigste broeikasgassen, en zet het om in brandstof.

Emissies over het hoofd gezien

Methaan is een belangrijke speler in klimaatverandering.

"Als we het aardgas noemen en het verbranden voor stroom, methaan vermindert de uitstoot in vergelijking met steenkool, " legt Sauvageau uit. "Maar als het in de atmosfeer komt zonder te worden verbrand, het heeft zelfs een sterker broeikaseffect dan CO2."

Methaan is 25 keer krachtiger dan koolstofdioxide, dus anno 2016 Canada, de Verenigde Staten en Mexico hebben zich ertoe verbonden hun methaanemissies tegen 2025 met 45 procent te verminderen. Aangezien 44 procent van de methaanemissies van Canada (en 70 procent van Alberta) afkomstig is van de olie- en gassector, het halen van die doelstellingen betekent dat de producenten door regelgeving gedwongen worden om "vluchtige" emissies af te vangen.

"Om de kosten van het afvangen van het methaan te compenseren, zou je het gewoon als aardgas kunnen verkopen, Stein stelt voor. "Maar je zou ook een manier kunnen vinden - door natuurlijk voorkomende bacteriën te gebruiken - om er een waardevollere brandstof van te maken, of zelfs een product dat helemaal geen kooldioxide afgeeft."

Opschalen

Wetenschappers weten al tientallen jaren dat bacteriën kunnen worden aangepast om methaan om te zetten in andere producten, maar niemand is erin geslaagd om het volledig op te schalen.

"Vroeger, een biologische wetenschapper zou in haar laboratorium kunnen blijven om bacteriën te modificeren en ze te testen in geïsoleerde omstandigheden, Stein legt uit. "Maar wat in een petrischaal werkt, werkt niet per se op industriële schaal."

Ze vergelijkt het met het trainen van een arbeider om een ​​bepaald product te produceren, maar geen zorgen te maken over het ontwerp van de fabriek. Wanneer miljoenen van deze arbeiders samenkomen in een fabriek die niet de juiste lay-out heeft, apparatuur of arbeidsomstandigheden, het kan hen worden vergeven dat ze elkaar gewoon in verwarring aanstaren.

"Hoe perfect geschikt voor de baan, een miljoen individuen zonder organisatie is meestal gewoon een menigte, ' zegt Sauvageau.

De truc is om fabrieken te bouwen die geschikt zijn voor de arbeiders - 'reactoren' die in grootte kunnen variëren van een badkuip tot een olympisch zwembad.

Dus, omdat Stein's lab bacteriën genetisch modificeert, Het team van Sauvageau voert experimenten uit om de optimale omstandigheden voor hun werk te identificeren. Variabelen kunnen de grootte van kamers zijn, lay-out, temperatuur en voedingsstoffen, en als ze eenmaal een optimale conditie hebben gevonden, die informatie wordt teruggekoppeld om de bacteriën die erin moeten functioneren verder aan te passen.

"Onze teamleden hebben dagelijks contact en onze teams komen elke twee weken samen, Stein zegt. "Constante communicatie betekent dat we snel kunnen handelen."

Samen, ze werken samen met Mango Materials - een Californische start-up voor bio-energie met onder meer NASA als andere onderzoekspartners - om een ​​reactor te besturen die methaan opvangt uit afvalwaterzuivering en bacteriën gebruikt om het om te zetten in bioplastic.

Een rooster opbouwen

De samenstelling van opgevangen methaan varieert afhankelijk van de bron, Dus Stein en Sauvageau creëren een platform van een half dozijn bacteriën die genetisch zijn gemanipuleerd om in verschillende omstandigheden te werken.

"Geen enkel type bacterie zal elk werk doen, " legt Sauvageau uit. "We creëren een selectie van verschillende bacteriën met bijpassende reactoren die kunnen worden aangepast aan verschillende industriële toepassingen."

Deze bacteriën zullen methaan gebruiken om een ​​verscheidenheid aan producten te produceren. Een daarvan is butanol, een alcoholische brandstof die ofwel ongemodificeerde benzinemotoren van auto's kan laten lopen of kan worden gemengd in dieselbrandstof om de roetuitstoot te verminderen. Andere omvatten isoprenoïden, chemicaliën die meestal uit aardolie komen, die als biojetbrandstof kan worden gebruikt.

"Door deze materialen uit methaan te maken, we verminderen onze behoefte om fossiele brandstoffen uit de grond te halen, Stein zegt. In plaats van nieuwe koolstof uit de aarde te graven en het in de atmosfeer te verdrijven, we recyclen wat hier al is."

Het recyclen van methaanemissies en het verminderen van de behoefte aan nieuwe winning klinkt veelbelovend, maar Stein noch Sauvageau zien het als een wondermiddel voor klimaatverandering.

"Ons platform is slechts een onderdeel van wat een systeembrede oplossing moet zijn, Sauvageau zegt. "Uiteindelijk zal onze energie-infrastructuur veranderen, en we zijn misschien niet zo afhankelijk van verbrandingsmotoren - of koolwaterstofbrandstoffen."

Maar als ons systeem geen koolwaterstoffen meer nodig heeft, zouden de bacteriën zonder werk komen te zitten? Stein betwijfelt het.

"We leren veel over hoe we met deze bacteriën moeten werken, "zegt ze. "Ik ben er vrij zeker van dat we ze kunnen overhalen om iets anders te maken."