CO2 som råstof til plast og andre produkter

Kuldioxid er en af ​​de vigtigste drivkræfter bag klimaændringer - hvilket betyder, at vi er nødt til at reducere CO ₂ emissioner i fremtiden. Fraunhofer-forskere fremhæver en mulig måde at sænke disse emissioner på:De bruger drivhusgassen som råmateriale, for eksempel at fremstille plast. At gøre dette, de producerer først methanol og myresyre fra CO ₂ , som de via mikroorganismer omdanner til byggesten til polymerer og lignende.

Når fossilbaserede råmaterialer brændes, CO ₂ slippes ud i luften. Indtil nu, CO ₂ koncentrationen i jordens atmosfære er allerede steget til omkring 400 dele per million (ppm) svarende til 0,04 procent. Til sammenligning:Indtil midten af ​​1800-tallet, denne værdi var stadig i området 280 ppm. Det øgede niveau af kuldioxid har en betydelig indvirkning på klimaet. Siden 1. januar har 2021, CO ₂ emissioner fra forbrænding af fossile brændstoffer har således været underlagt kulstofpriser - hvilket betyder, at produktionsvirksomheder skal betale for deres CO ₂ emissioner. Som resultat, en lang række virksomheder leder efter nye løsninger. Hvordan kan omkostningerne forbundet med CO ₂ emissionspriser reduceres? Hvordan kan CO ₂ emissioner reduceres gennem biointelligente processer?

Katalytisk kemi og bioteknologi - en vindende kombination

Forskere er i øjeblikket ved at udvikle tilgange til dette i EVOBIO- og ShaPID-projekterne ved Fraunhofer Institute for Interfacial Engineering and Biotechnology IGB. De arbejder på begge projekter i samarbejde med flere Fraunhofer-institutter. "Vi bruger CO ₂ som råvare, " siger Dr. Jonathan Fabarius, Senior Scientist Biocatalysts hos Fraunhofer IGB. "Vi forfølger to tilgange:For det første, heterogen kemisk katalyse, hvorved vi omregner CO ₂ med en katalysator til methanol. Sekund, elektrokemi, hvorved vi producerer myresyre fra CO ₂ ." Men den unikke egenskab ligger ikke i denne CO ₂ -baseret methanol- og myresyreproduktion alene, men i sin kombination med bioteknologi, mere specifikt med fermenteringer af mikroorganismer. For at sige det mere enkelt:Forskerne tager først affaldsproduktet CO ₂ , som er skadeligt for klimaet, at producere methanol og myresyre. På tur, de bruger disse forbindelser til at "fodre" mikroorganismer, der producerer yderligere produkter fra dem. Et eksempel på denne type produkter er organiske syrer, som bruges som byggesten til polymerer - en måde at producere CO på ₂ -baseret plast. Denne metode kan også bruges til at producere aminosyrer, fx som kosttilskud eller dyrefoder.

Den nye tilgang byder på en lang række fordele. "Vi kan skabe helt nye produkter, og også forbedre CO ₂ fodaftryk af traditionelle produkter, " Fabarius specificerer. Mens konventionelle kemiske processer kræver meget energi og nogle gange giftige opløsningsmidler, produkter kan fremstilles med mikroorganismer under mildere og mere energieffektive forhold – trods alt, mikroberne vokser i mere miljøvenlige vandige opløsninger.

Metabolisk teknik gør det muligt

Forskerholdet bruger både native methylotrofe bakterier, dvs. dem, der naturligt metaboliserer methanol, og gær, der faktisk ikke kan omsætte methanol. Forskerne holder også konstant øje med, om der opdages nye interessante organismer, og tjekker dem for deres egnethed som "cellefabrikker". Men hvordan laver disse mikroorganismer egentlig produkterne? Og hvordan kan vi påvirke, hvad de producerer? "I princippet, vi bruger mikroorganismens stofskifte til at kontrollere produktfremstillingen, " forklarer Fabarius. "For at gøre det, vi introducerer gener i mikroberne, der danner planen for visse enzymer. Dette er også kendt som metabolic engineering." De enzymer, der efterfølgende produceres i mikroorganismen, katalyserer igen produktionen af ​​et specifikt produkt. I modsætning hertil. forskerne slukker specifikt for gener, der kan påvirke denne produktion negativt. "Ved at variere de gener, der introduceres, vi kan producere en bred vifte af produkter, " siger Fabarius.

Forskerholdet arbejder på hele produktionskæden:startende med mikroorganismerne, efterfulgt af genmodifikationerne og opskalering af produktionen. Mens nogle fremstillingsprocesser stadig er på laboratoriestadiet, andre produkter produceres allerede i bioreaktorer med en kapacitet på ti liter. Med hensyn til industriel anvendelse af sådanne processer, Fabarius forestiller sig deres implementering på mellemlang til lang sigt. Ti år er en realistisk tidshorisont, han siger. Imidlertid, presset på industrien for at etablere nye processer er stigende.