Công nghệ mới biến CO₂ thành nguyên liệu sinh học

Một nhóm nghiên cứu quốc tế do Đại học Queen Mary London (Anh) dẫn đầu, phối hợp với Đại học Cambridge và Viện Khoa học Weizmann, vừa phát triển một lò phản ứng năng lượng mặt trời tích hợp có khả năng biến đổi CO2 và nước thành sinh khối sống. Công nghệ này, công bố trên tạp chí Tạp chí Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ, mở ra triển vọng sản xuất hóa chất, nhựa và thậm chí cả thực phẩm theo hướng thân thiện với môi trường.

Ngành công nghiệp hóa chất hiện nay vẫn phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch, mang lại lượng phát khí thải nhà kính đáng kể. Trong bối cảnh đó, việc tìm kiếm các phương thức sản xuất sạch sẽ sử dụng năng lượng tái tạo trở thành yêu cầu thiết bị. Nghiên cứu mới đề xuất một hướng đi nghiên cứu mô phỏng quá trình quang hợp tự nhiên nhưng không cần sử dụng thực vật, quay hay vi sinh vật quang hợp.

Lò phản ứng do nhóm phát triển kết hợp pin mặt trời hữu cơ, điện cực bán dẫn, hai loại enzyme và một chủng vi khuẩn biến đổi gen. Hệ thống này chuyển hóa CO2 và nước thành sinh khối sống, tái hiện các giai đoạn cốt lõi của quá trình quang hợp tự nhiên. Điểm đáng chú ý là vi khuẩn Escherichia coli (E. coli) biến đổi gen được nuôi cấy trực tiếp trong cùng dịch dịch nơi CO2 được chuyển hóa thành nguồn năng lượng có thể sử dụng nhờ ánh sáng mặt trời.

Theo Giáo sư Erwin Reisner từ Đại học Cambridge, đã nghiên cứu cho thấy các vật liệu hấp thụ ánh sáng tổng hợp có thể được phân tích hợp lý với các vi sinh vật không quang hợp để thực hiện các phản ứng cốt lõi của quang hợp tự nhiên. Thành phần này nhờ vào cách tiếp cận liên ngành, kết hợp giữa vật liệu bán dẫn, enzyme và sinh học tổng hợp trong cùng một hệ thống vận hành bằng năng lượng mặt trời.

Theo TS Celine Wing See Yeung từ Đại học Cambridge, công nghệ mới là kết quả của nhiều năm nghiên cứu liên tục - từ công việc tối ưu pin mặt trời hữu cơ hoạt động ở nhiệt độ cao tới tinh chế enzyme và tích hợp với sinh học tổng hợp. Sự kết hợp giữa vật liệu hóa học và tổng hợp sinh học được kỳ vọng sẽ tạo nền tảng cho “nhà máy lọc chất hóa học” chạy bằng năng lượng mặt trời trong tương lai.

Nhóm nghiên cứu cho biết công nghệ hiện vẫn ở giai đoạn đầu, với sản lượng còn nhỏ và thời gian vận hành mới chỉ kéo dài trong một thời gian. Tuy nhiên, đây được xem là hướng đi có nhiều tiềm năng, mở ra khả năng sản xuất chất hóa học giá trị cao, nhựa và protein vi sinh theo hướng bền vững, góp phần giảm sự phụ thuộc của ngành công nghiệp vào nhiên liệu hóa thạch.