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Nano-Organismen können Kohlendioxid essen, um Biokraftstoffe und Kunststoffe herzustellen

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Forscher haben Nano-Organismen entwickelt, die Kohlendioxid aufnehmen und in Biokunststoffe und Kraftstoffe umwandeln können.

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Forscher sind ständig auf der Suche nach neuen und innovativen Wegen, um sauberere Kunststoffe und Biokraftstoffe zu entwickeln, um einige der Umweltprobleme der Welt zu lösen.

Im Rahmen dieser Bemühungen haben Forscher der Colorado University Boulder eine der vielleicht interessantesten Erfindungen entwickelt, die bisher Nanobio-Hybridorganismen waren, die Kohlendioxid und Stickstoff aus der Luft "essen" und daraus eine Vielzahl von Kunststoffen und Kraftstoffen herstellen können.

Ein Team der Abteilung für Chemie und Biologie der CU Boulder unter der Leitung von Assistenzprofessor Prashant Nagpal entwickelte die Nanobugs, von denen die Forscher glauben, dass sie ein vielversprechender erster Schritt zu einer kostengünstigen und umweltfreundlichen Herstellung von derzeit schädlichen Chemikalien sein könnten. 2013 begannen Nagpal und Kollegen erstmals, das Potenzial der so genannten nanoskopischen Quantenpunkte zu erforschen - winzige Halbleiter, ähnlich denen, die in Fernsehgeräten zu finden sind.

Diese Punkte können in die Zellen injiziert werden, um sich an die gewünschten Enzyme zu binden und sich selbst zusammenzusetzen und diese Enzyme dann auf Befehl mit bestimmten Lichtwellenlängen zu aktivieren

die Idee, die sich in der jüngsten Arbeit des Teams manifestiert hat, war es, die Punkte als Katalysator zu verwenden, um bestimmte Enzyme in Mikroben zu "brennen", die Kohlendioxid und Stickstoff aus der Luft umwandeln könnten. Forscher benutzten lichtaktivierte Quantenpunkte, um diese Enzyme zu verbrennen, um "lebende Fabriken" zu schaffen, die schädliches Kohlendioxid verbrauchen und es dann in nützliche Produkte wie biologisch abbaubaren Kunststoff, Benzin, Ammoniak und Biodiesel umwandeln, sagte Nagpal.

"Die Innovation ist ein Beweis für die Kraft biochemischer Prozesse", sagte er. "Wir prüfen eine Technik, die die Kohlendioxidabscheidung verbessern könnte, um den Klimawandel zu bekämpfen und eines Tages sogar die kohlenstoffintensive Herstellung von Kunststoffen und Kraftstoffen zu ersetzen."

Kohlendioxid als Brennstoff für die Lebensmittelindustrie

Das Team erzielte seine Ergebnisse, indem es speziell zugeschnittene Punkte in die Zellen der gängigen mikrobiellen Arten im Boden diffundierte. Dies führte zu einem Szenario, in dem die Exposition gegenüber selbst kleinen Mengen indirektem Sonnenlicht den Appetit der Mikroben auf Kohlendioxid unabhängig von einer Energiequelle oder Nahrung aktivierte, um die energieintensiven biochemischen Umwandlungen durchzuführen, sagte Nagpal.

"Jede Zelle produziert Millionen dieser Chemikalien und wir haben gezeigt, dass sie ihren natürlichen Ertrag um fast 200 Prozent übertreffen können", sagte er.

Der Prozess funktioniert so, dass die Mikroben im Wasser schlummern und die entstehenden Produkte an die Oberfläche abgegeben werden. Hier können sie abgeschöpft und für die Produktion geerntet werden.

Forscher entdeckten auch, dass sie verschiedene Produkte mit unterschiedlichen Kombinationen von Punkten und Licht herstellen können, sagte Nagpal. Zum Beispiel verursachen grüne Wellenlängen, dass die Bakterien Stickstoff aufnehmen und Ammoniak produzieren, während rötere Wellenlängen die Mikroben veranlassen, Kohlendioxid zu essen, um Kunststoff zu produzieren. Das Team hat im Journal of the American Chemical Society ein Papier über seine Forschung veröffentlicht.

"Wir waren sehr überrascht, dass es so elegant funktioniert wie es war", sagte Nagpal. "Wir fangen gerade erst mit den synthetischen Anwendungen an."

Nagpal setzt große Hoffnungen in die Technologie. Er sieht eine Zukunft mit Häusern und Unternehmen vor, die ihre Kohlendioxidemissionen direkt in einen nahegelegenen Halteteich leiten, wo Mikroben darauf warten, sie in einen Biokunststoff zu verwandeln. Haus- und Geschäftsleute könnten das Produkt verkaufen und gleichzeitig ihren eigenen CO2-Fußabdruck reduzieren, sagte er.

"Selbst wenn die Margen niedrig sind und es nicht mit der Petrochemie auf reiner Kostenbasis konkurrieren kann, gibt es immer noch gesellschaftlichen Nutzen", sagte Nagpal. "Wenn wir auch nur einen kleinen Teil der lokalen Grabenteiche umbauen könnten, hätte das einen erheblichen Einfluss auf den CO2-Ausstoß der Städte."