Küresel enerji talebi tırmanma ve iklim zorlukları yoğunlaşarak, araştırmacılar kimyasal üretimi sürdürülebilir hale getirmenin dönüştürücü yeni yollarını araştırıyorlar.
Yayınlanan bir incelemede Enerji ve Çevre NexusDr. Yong Jiang ve Fujian Tarım ve Ormancılık Üniversitesi, Danimarka Teknik Üniversitesi ve Tsinghua Üniversitesi’nden meslektaşları liderliğindeki uluslararası bir ekip, canlı hücreleri gelişmiş malzemelerle entegre eden yenilikçi bir teknoloji – daha yeşil bir gelecek için kimyasal üretimini açığa vurgulamak için “Biohybrid” sentez sistemlerini vurgulamaktadır.
Biohybridler, biyoloji ve malzeme biliminin güçlü yönlerini birleştirerek bir atılımı temsil eder. Bu sistemler, özel olarak tasarlanmış abiyotik malzemeleri aktive etmek için doğrudan akım elektrik, güneş ışığı ve hatta su buharlaşması veya mekanik hareket gibi enerji kaynaklarından yararlanır.
Heyecanlandıktan sonra, bu malzemeler elektronları mikrobiyal hücrelere aktararak, karbondioksit (CO₂), su ve diğer basit maddelerden katma değerli kimyasalların üretimini katalize eder. İnceleme dramatik son ilerlemeyi detaylandırıyor: tüm mikrobiyal hücreler, yeni elektrot tasarımları ve hem elektrokatalitik hem de biyokatalitik adımları hızlandıran tandem sistemleri kullanan güneş enerjisiyle çalışan “yarı yapay fotosentez”.
Bir odak teknolojisi olan mikrobiyal elektrosentez (MES), CO₂’yi değerli ürünlere dönüştürmek için biyohibrid elektrotlar kullanır. MES hafif koşullarda çalışır, atık karbonun yakıtlara ve kimyasallara dönüştürülmesinde seçicilik ve stabilite sunar. Ekip, formatın bir elektron ve karbon taşıyıcısı olarak hareket ettiği, daha hızlı biyo-dönüşüm ve verimli yenilenebilir kimyasal sentez için kapıları açan ortaya çıkan format aracılı tandem reaksiyonları vurguladı.
Araştırmacılar ayrıca, güneş enerjisini daha verimli kanalize etmek için yarı iletken malzemeleri kullanarak doğal fotosentezi aşan yarı yapay fotosentetik sistemleri tartışıyorlar. Bu hibrit sistemler, doğrudan güneş ışığından ve yakalanan karbondan metan, asetat ve hatta biyoplastik gibi kimyasalların ölçeklenebilir üretiminin yolunu açar.
İnceleme, biyolojik su döngülerinden (hidrovoltaik etkiler) ve mekanik hareketten (piezoelektrik) enerji hasat eden malzemeleri tanıtarak biyohibrid tasarımındaki bir sonraki sınırları araştırıyor. Bu ilerlemeler, atık su arıtma, toprak karbon yakalama ve çevresel iyileştirme için yeni çözümler sağlayan çeşitli ortamlarda çalışan kendi kendine çalışan sistemleri sağlayabilir.
“Biohybrid teknolojileri, kimyasal sentezi yeniden şekillendirmeye, yenilenebilir enerjiyi ve çevre koruması için biyolojik yaratıcılığı kullanmaya hazırdır.” Dedi.
“Potansiyellerinin farkına varmak, manyetik ve termal girdiler gibi daha sürdürülebilir enerji kaynaklarını keşfederken, gelişmiş malzemeler ve canlı hücreler arasındaki etkileşimler hakkındaki anlayışımızı derinleştirmeyi gerektirecektir.”
Araştırma, önümüzdeki temel zorlukları tanımlamaktadır: malzemeler ve mikroplar arasındaki arayüzde elektron ve enerji transferini optimize etmek ve daha geniş ürün çeşitliliği için mühendislik mikrobiyal sistemleri.
Yazarlar, biyo-bridlerin, özellikle verimli format aracılı süreçlerden yararlananların, net sıfır kimyasal üretim ve esnek çevre yönetimine doğru ilerlemeyi hızlandırabileceğinden ümit etmektedir.
