Микробы, превращающие токсичный угарный газ в ценное биотопливо

Микробы постоянно голодны. Они живут повсюду в огромных количествах: в почве, озерах, океанах, гидротермальных источниках, наших домах и даже в наших телах. Они всегда едят, и в таких масштабах, что влияют на глобальные круговороты элементов. Однако деятельность человека нарушила баланс многих из этих циклов.

Ключ к изменениям может заключаться в нашей общей с микробами потребности в пище. Микробы могут питаться чем угодно, включая отходы. Это крайне полезно, например, для очистки сточных вод. Некоторые микробы способны превращать свою пищу в наше топливо.

В течение четырёх лет автор изучала микробов, производящих топливо и питающихся угарным газом (CO) — высокотоксичным, горючим газом, который образуется, в частности, при производстве стали. Сталелитейная промышленность производит около 2 млрд тонн стали в год, и 20–30% её отходящих газов составляет CO. Сейчас этот отходный CO сжигают, получая CO₂, который менее токсичен, но всё же вреден. Однако микробы, потребляющие CO, могли бы превратить эти огромные объёмы отходящего газа в зелёное топливо.

Крошечные химики

Изучаемые микробы могут производить этанол — биотопливо, которое уже несколько десятилетий добавляют в обычное топливо, чтобы сделать его экологичнее. Однако большая часть мирового биоэтанола производится из продовольственных культур, что вызывает споры о приоритете топлива над едой.

К счастью, микробы, питающиеся CO, могут производить этанол из отходных газов. Автор исследовала, как заставить их производить как можно больше этанола как можно быстрее.

Для этого микробы выращивались в 3-литровых стеклянных биореакторах, содержащих пузырьки CO, который служил им пищей. Учёные контролировали количество и скорость подачи CO, добавляли дополнительные питательные вещества, сравнивали реакцию микробов на резкие скачки CO и на его стабильный поток. Это позволило проверить пределы их способности потреблять CO.

Но даже для таких микробов CO может быть токсичен. Они не могут выбрать, есть его или нет — если CO есть, они вынуждены его потреблять. Однако они устойчивы: если давление CO вокруг становится слишком высоким, они справляются с этим, превращая CO в этанол. Это удобно, потому что выращивание микробов при высоком давлении CO заставляет их производить много этанола.

Этот процесс масштабируем в реальном мире. Американская компания LanzaTech превращает отходящие газы сталелитейных заводов и другие отходы в биоэтанол на полноценных заводах. Всё это возможно благодаря микробам — крошечным химикам, невидимым невооружённым глазом. Как заявляет LanzaTech, это «переработка углерода с помощью биологии».

Микробы малы, но могут привести к огромным изменениям и помочь нам вернуться к более циклической экономике, превращающей отходы в ценные продукты.