Güneş ışığı atık suyu faydalı kimyasallara dönüştürür

Çin Bilimler Akademisi Shenzhen İleri Teknoloji Enstitüsü’nden (SIAT) Profesör Gao Xiang ve Harbin Teknoloji Enstitüsü’nden Profesör Lu Lu liderliğindeki araştırmacılar, atık su kirleticilerini güneş ışığını kullanarak değerli kimyasallara dönüştürmek için yeni bir yöntem önerdiler. Sürdürülebilir ve çevre dostu kimyasal üretimin yolu.

Çalışma şu tarihte yayınlandı: Doğanın sürdürülebilirliği 16 Ekim’de.

Geleneksel kimyasal üretimi enerji yoğun işlemlere dayanır. Verimli ışık toplayan malzemeleri üstün canlı hücrelerle birleştiren yarı iletken biyohibritler, kimyasal üretmek için güneş enerjisinin kullanımında heyecan verici bir ilerleme olarak ortaya çıktı. Ancak zorluk, bu teknolojinin ölçeğini büyütmek için ekonomik açıdan uygulanabilir ve çevre dostu bir yaklaşım bulmaktır.

Bu çalışmada araştırmacılar, atık sudaki kirleticileri doğrudan atık su ortamında yarı iletken biyohibrite dönüştürmeyi amaçladılar. Konsept, atık suda bulunan organik karbon, ağır metaller ve sülfat bileşiklerinin bu biyohibritleri oluşturmak için hammadde olarak kullanılmasını ve daha sonra bunların değerli kimyasallara dönüştürülmesini içeriyor.

Bununla birlikte, gerçek endüstriyel atık suyun bileşimi, genellikle bakteri hücreleri için toksik olan ve verimli bir şekilde metabolize edilmeleri zor olan ana organik kirletici maddeler, ağır metaller ve karmaşık kirletici maddelerden oluşan bileşim açısından farklılık gösterir. Aynı zamanda aerobik sülfat indirgeme yeteneğine sahip bakteriler gerektiren yüksek düzeyde tuz ve çözünmüş oksijen içerir. Bu nedenle atık suyun bakteriler için hammadde olarak kullanılması zordur.

Bunun üstesinden gelmek için araştırmacılar, yüksek tuz konsantrasyonlarına olağanüstü toleransı olan ve farklı karbon kaynaklarını kullanma becerisine sahip olan Vibrio natriegens adı verilen hızlı büyüyen deniz bakterilerini seçtiler. V. natriegens’e aerobik bir sülfat indirgeme yolu uyguladılar ve bu atık sudan doğrudan yarı iletken biyohibritler üretmek için mühendislik türünü farklı metal ve karbon kaynaklarını kullanacak şekilde eğittiler.

Üretim için birincil hedef kimyasal, değerli bir ticari kimyasal olan 2,3-bütandiol (BDO) idi.

Bir V. natriegens türünün mühendisliğini yaparak, ışığı verimli bir şekilde emen CdS nanopartiküllerinin üretimini kolaylaştırmada çok önemli bir rol oynayan hidrojen sülfit ürettiler. Biyouyumluluklarıyla bilinen bu nanopartiküller, yarı iletken biyohibritlerin yerinde oluşturulmasını ve fotosentetik olmayan bakterilerin ışıktan faydalanmasını sağladı.

Sonuçlar, güneş ışığıyla etkinleşen bu biyohibritlerin, yalnızca bakteri hücrelerinin elde edebileceği verimi aşarak, önemli ölçüde artan BDO üretimi sergilediğini gösterdi. Ayrıca süreç, gerçek atık suyu kullanarak 5 litrelik büyük ölçekli güneş enerjili BDO üretimi elde ederek ölçeklenebilirlik gösterdi.

Profesör Gao, “Biyohibrit platformun yalnızca daha düşük bir karbon ayak izi olmakla kalmıyor, aynı zamanda ürün maliyetlerini de düşürüyor, bu da hem geleneksel bakteriyel fermantasyon hem de fosil yakıt bazlı BDO üretim yöntemleriyle karşılaştırıldığında genel olarak daha küçük bir çevresel etkiye yol açıyor” dedi. “Bu biyohibritlerin çeşitli atık su kaynakları kullanılarak üretilebilmesi dikkat çekicidir.”