Quên việc thu giữ Carbon đi—Loại vi khuẩn này biến CO₂ thành đá chỉ trong vài giờ
Loại vi khuẩn biến CO₂ thành đá vôi có thể là chìa khóa cho một tương lai xanh hơn.
Nguồn: Scientific Reports | The Daily Galaxy --Great Discoveries Channel
Một loại vi khuẩn sống trong đất đã thể hiện khả năng đáng kinh ngạc trong việc thu giữ carbon dioxide và biến nó thành đá. Các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng Bacillus megaterium, một loại vi khuẩn phổ biến từ lâu đã được biết đến với vai trò trong công nghệ sinh học, có thể chuyển đổi khí CO₂ thành canxi cacbonat rắn với hiệu suất hiếm thấy trong tự nhiên hoặc công nghiệp. Quá trình này, gần đây đã được trình bày chi tiết trong một nghiên cứu do các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ Liên bang Thụy Sĩ Lausanne (EPFL) dẫn đầu, có thể thay đổi tương lai của việc thu giữ carbon và giúp giảm phát thải từ các nguồn công nghiệp chính.
Đá vôi do vi khuẩn tạo ra trong buồng áp suất
Bên trong các bình thí nghiệm chịu áp suất cao—chứa khí CO₂ ở áp suất cao hơn 470 lần áp suất khí quyển—Bacillus megaterium đã hình thành các tinh thể canxi cacbonat bằng cách hút hơn 94% carbon trực tiếp từ khí. Theo tác giả chính Dimitrios Terzis thuộc Phòng thí nghiệm Cơ học Đất của EPFL, hiệu suất này vượt trội hơn hầu hết các vật liệu hấp thụ carbon được chế tạo.
Hiệu quả ấn tượng của vi khuẩn này khiến nó trở thành ứng cử viên sáng giá cho việc thu giữ carbon tại nguồn điểm, đặc biệt là tại các cơ sở gây ô nhiễm như lò nung xi măng và nhà máy thép. Vì vi khuẩn này sử dụng một con đường sinh học tránh các sản phẩm phụ độc hại, nó có thể cung cấp một giải pháp thay thế bền vững hơn cho các công nghệ hiện tại.
Bỏ qua Amoniac bằng Quy trình Sạch hơn
Bacillus megaterium thường hoạt động theo một con đường gọi là phân giải urê, phân tách urê để tăng độ pH và thúc đẩy sự hình thành canxit—nhưng con đường này tạo ra amoniac, một hợp chất đòi hỏi phải xử lý tốn kém. Trong nghiên cứu này, các nhà khoa học quan sát thấy ở nồng độ CO₂ cao, vi khuẩn chuyển sang một loại enzyme khác: carbonic anhydrase.
Enzyme này hydrat hóa carbon dioxide để tạo thành bicacbonat, phản ứng với canxi để tạo ra đá rắn không có amoniac. Nghiên cứu xác nhận rằng chỉ có sáu phần trăm carbon trong canxit đến từ urê, cho thấy sự chuyển dịch gần như hoàn toàn sang con đường sạch hơn. Các nhà nghiên cứu tin rằng "sự thay đổi chuyển hóa" này có thể đóng vai trò như một van khóa sinh học đối với khí thải amoniac.
Vì cả urease và carbonic anhydrase đều nằm trong periplasm - khoảng không giữa các màng vi khuẩn - nên carbon dioxide và urê không cần phải đi vào tế bào, giúp đẩy nhanh quá trình và cho phép kiểm soát phản ứng thông qua dòng khí hoặc chất dinh dưỡng.
Nguồn: Báo cáo Khoa học
Vi khuẩn có thể biến đổi xi măng như thế nào
Ngành công nghiệp xi măng là một nguồn phát thải carbon lớn, chịu trách nhiệm cho khoảng 8% lượng khí thải CO₂ toàn cầu - gần ba tỷ tấn mỗi năm. Việc tìm kiếm các giải pháp thay thế xi măng truyền thống ít carbon là một trong những thách thức khó khăn nhất trong việc giảm thiểu biến đổi khí hậu.
Ý tưởng thay thế một phần xi măng bằng canxit sinh học đã trở nên hấp dẫn hơn trong bối cảnh này. Quá trình này không chỉ loại bỏ CO₂ khỏi không khí mà khoáng chất thu được còn bền và ổn định theo thời gian địa chất. Điều này làm cho nó phù hợp cho xây dựng và lưu trữ carbon lâu dài.
Các nghiên cứu thí điểm tại Đan Mạch cho thấy bê tông được gia cố bằng canxit vi sinh này vẫn giữ được hơn 98% cường độ nén sau 300 chu kỳ đóng băng-tan băng. Các tiêu chuẩn về độ bền này rất quan trọng vì các quy chuẩn xây dựng ngày càng ưu tiên các vật liệu có lượng khí thải thấp và tuổi thọ cao. Các cơ quan quản lý ở California và Liên minh Châu Âu đã và đang hướng tới các quy chuẩn dựa trên hiệu suất.
Từ phòng thí nghiệm đến lưu trữ carbon quy mô lớn
Công ty khởi nghiệp Medusoil—tham gia vào nghiên cứu này—đã xây dựng các lò phản ứng sinh học thí điểm, tiêm Bacillus megaterium vào đá nghiền để tạo ra các khối chịu lực. Công ty cho biết hệ thống của họ thu được vài pound CO₂ trên mỗi foot khối vật liệu đã qua xử lý, tạo ra đá từ khí chỉ trong vài giờ.
Tại Đại học Newcastle, các nhà nghiên cứu gần đây đã đưa enzyme carbonic anhydrase từ B. megaterium vào một loài khác, Bacillus subtilis, và đạt được mức giảm gần 80% CO₂ trong các thử nghiệm khí thải. Điều này cho thấy các thành phần sinh học dạng mô-đun có thể được cắm vào các vật chủ vi khuẩn khác nhau cho các môi trường công nghiệp khác nhau.
Ước tính chi phí cho thấy khi được cung cấp năng lượng bằng điện tái tạo, các hệ thống vi khuẩn này có thể loại bỏ carbon với chi phí dưới 50 đô la Mỹ cho mỗi tấn - cạnh tranh với các thiết bị lọc hóa học truyền thống. Canxi, cần thiết cho phản ứng, có thể đến từ các nguồn chất thải như chất thải từ mỏ, bê tông tái chế hoặc nước muối khử muối, giúp giảm bớt gánh nặng môi trường của việc khai thác nguyên liệu thô.
