Бактерии спасут мир

Широкий шаг к экологически чистой химической промышленности сделан в Северо-Западном университете Иллинойса. Генетически модифицированные бактерии стали превращать углекислый газ в ацетон и изопропанол — сырье для производства множества повседневных товаров.

Мир постепенно должен отказываться от производств, выбрасывающих в атмосферу углекислый газ. Такова стратегическая задача. Майкл Джуэтт из Северо-Западного университета считает ситуацию с климатом чрезвычайной из-за парниковых газов. «Решения существуют и для безуглеродного производства энергии, и для возобновляемой энергетики, но ведь большинство вещей вокруг нас, большинство повседневных продуктов производится из углеводородных химических соединений, а они — из ископаемых углеводородов»,— констатирует Джуэтт.

Его исследовательская группа в сотрудничестве с LanzaTech, компанией, разрабатывающей технологии улавливания углекислого газа, предложила масштабируемый производственный процесс, в котором синтез ацетона и изопропанола не увеличивает, а уменьшает количество углекислоты. Оборот мирового рынка ацетона и пропанола составляет 10 млрд долларов — это сырье для множества пластиков, из которых потом делаются товары массового спроса.

Ученые перепрограммировали углерод-фиксирующую бактерию Clostridium autoethanogenum, которая и по природе своей умеет превращать углекислый газ в энергию, но на выходе у нее получается этанол. (LanzaTech этой способностью бактерии уже вовсю пользуется: перерабатывает в этанол выбросы сталелитейной промышленности.) Генетики заставили ее производить ацетон или изопропанол из ацетил-коэнзима А, соединения, которое образуется в процессе метаболизма.

Исследователи использовали бесклеточные препараты in vitro, чтобы исключить влияние других процессов, происходящих в сложном организме. И справились быстро: вместо года, который потребовался бы при традиционном подходе, за считаные недели.

Труд увенчался успехом: теперь есть промышленный процесс, который обеспечивает высокую скорость химической работы. Есть и опытная установка — биореактор емкостью 120 литров,— в которой в порядке эксперимента углекислый газ с металлургического производства превращался в ацетон и изопропанол. За время превращения установка утилизировала 1,79 кг (ацетон) и 1,17 кг углекислого газа (изопропанол) на килограмм конечного продукта. Для сравнения: при использовании ископаемого топлива выделяется 2,55 кг и 1,85 кг углекислого газа на килограмм ацетона и изопропанола соответственно.

«Экологические преимущества этого процесса могут быть значительными»,— уверен Стивен Уоллес из Эдинбургского университета (Великобритания). Он заявил, что впечатлен производительностью установки.

«Интеграция этой технологии в уже имеющуюся производственную структуру будет несложной,— считает Джуэтт.— Надеемся продолжить работу над химическими процессами, которые уменьшают количество углекислого газа в природе».

По материалам статьи Carbon-negative production of acetone and isopropanol by gas fermentation at industrial pilot scale; Fungmin Eric Liew, Robert Nogle, Tanus Abdalla, Blake J. Rasor, Christina Canter, Rasmus O. Jensen, Lan Wang, Jonathan Strutz, Payal Chirania, Sashini De Tissera, Alexander P. Mueller, Zhenhua Ruan, Allan Gao, Loan Tran, Nancy L. Engle, Jason C. Bromley, James Daniell, Robert Conrado, Timothy J. Tschaplinski, Richard J. Giannone, Robert L. Hettich, Ashty S. Karim, San D. Simpson, Steven D. Brown, Ching Leang, Michael C. Jewett, Michael Kpke; журнал Nature Biotechnology, февраль 2022 г.