Wanasayansi wameonyesha teknolojia mpya ambamo bakteria waliobuniwa wanaweza kutengeneza kemikali/polima za gharama nafuu kutoka kwa mbadala. kupanda vyanzo
Lignin ni nyenzo ambayo ni sehemu ya ukuta wa seli ya mimea yote ya nchi kavu. Ni polima ya asili ya pili kwa wingi baada ya selulosi. Nyenzo hii ndio polima pekee inayopatikana kwenye mimea ambayo haina wanga.sukari) monoma. Lignocellulose biopolymers hutoa sura, utulivu, nguvu na rigidity kwa mimea. Biopolima za Lignocellulose zinajumuisha vipengele vitatu kuu: selulosi na hemicellulose huunda mfumo ambamo lignin hujumuishwa kama aina ya kiunganishi hivyo basi kuimarisha ukuta wa seli. Kupanuka kwa ukuta wa seli hufanya mimea kustahimili upepo na wadudu na kuzisaidia zisioze. Lignin ni rasilimali kubwa lakini isiyotumika sana ya nishati mbadala. Lignin ambayo inawakilisha hadi asilimia 30 ya biomasi ya lignocellulose ni hazina ambayo haijatumiwa - angalau kutoka kwa mtazamo wa kemikali. Sekta ya kemikali inategemea zaidi misombo ya kaboni kwa kuunda bidhaa tofauti kama rangi, nyuzi bandia, mbolea na muhimu zaidi plastiki. Sekta hii haitumii rasilimali zinazoweza kurejeshwa kama vile mafuta ya mboga, wanga, selulosi n.k lakini hii inajumuisha asilimia 13 tu ya misombo yote.
Lignin, mbadala inayoahidi kwa mafuta ya petroli kwa kutengeneza bidhaa
Kwa kweli, lignin ndio chanzo pekee na cha pekee cha mbadala duniani ambacho kina idadi kubwa ya misombo ya kunukia. Hii ni muhimu kwa sababu misombo ya kunukia kwa ujumla hutolewa kutoka kwa petroli isiyoweza kurejeshwa na kisha hutumiwa kuzalisha. plastiki, rangi nk Hivyo, uwezo wa lignin ni wa juu sana. Kwa kulinganisha na mafuta ya petroli ambayo ni mafuta yasiyoweza kurejeshwa, lignocelluloses hutokana na kuni, majani au Miscanthus ambayo ni vyanzo vinavyoweza kurejeshwa. Lignin inaweza kupandwa katika mashamba na misitu na kwa ujumla ni neutral kuelekea hali ya hewa. Lignocelluloses inachukuliwa kuwa mbadala mbaya kwa mafuta ya petroli katika miongo michache iliyopita. Petroli inaendesha tasnia ya kemikali kwa sasa. Petroli ni malighafi kwa kemikali nyingi za kimsingi ambazo hutumika kutengeneza bidhaa muhimu. Lakini mafuta ya petroli ni chanzo kisichoweza kurejeshwa na yanapungua, kwa hivyo umakini unapaswa kuwa katika kutafuta vyanzo vinavyoweza kurejeshwa. Hii inaleta lignin kwenye picha kama inavyoonekana kuwa mbadala wa kuahidi sana.
Lignin imejaa nishati ya juu lakini kurejesha nishati hii ni ngumu na mchakato wa gharama kubwa na hivyo hata nishati ya mimea inayozalishwa kama matokeo ya mwisho kwa ujumla ni ya juu sana ya gharama na haiwezi kuchukua nafasi ya kiuchumi "nishati ya usafiri" inayotumika sasa. Mbinu nyingi zimefanyiwa utafiti kwa ajili ya kutengeneza njia za gharama nafuu za kuvunja lignin na kuibadilisha kuwa kemikali muhimu. Hata hivyo, vikwazo kadhaa vimezuia ubadilishaji wa nyenzo za mmea wa kugusa kama lignin kutumika kama chanzo mbadala cha nishati au hata kujaribu kuifanya iwe ya gharama zaidi. Utafiti wa hivi majuzi umeunda bakteria (E. Coli) kwa ufanisi kufanya kazi kama kiwanda cha seli cha ubadilishaji kibaiolojia chenye ufanisi na tija. Bakteria kukua na nyingi kwa haraka sana na wanaweza kuhimili michakato mikali ya viwanda. Taarifa hii iliunganishwa na uelewa wa viharibifu vya lignin vinavyopatikana kiasili. kazi ilichapishwa katika Kesi za Chuo cha Kitaifa cha Sayansi USA.
Timu ya watafiti wakiongozwa na Dk Seema Singh katika Maabara ya Kitaifa ya Sandia walitatua matatizo makuu matatu ambayo hukutana nayo katika kugeuza lignin kuwa kemikali za jukwaa. Shida kuu ya kwanza ni hiyo vimelea E.Coli kwa ujumla haitoi vimeng'enya vinavyohitajika kwa uongofu. Wanasayansi huwa na kutatua tatizo hili la kutengeneza enzymes kwa kuongeza "inducer" kwenye pete ya fermentation. Vishawishi hivi ni bora lakini ni ghali sana na hivyo haviendani vyema na dhana ya viwanda vya kusafisha viumbe hai. Watafiti walijaribu wazo ambalo kiwanja kinachotokana na lignin kama vanilla kilitumika kama sehemu ndogo na vile vile kishawishi kwa uhandisi. vimelea E.Coli. Hii inaweza kupita hitaji la kishawishi cha gharama kubwa. Ingawa, kama kundi liligundua, vanila halikuwa chaguo zuri hasa kwa sababu lignin inapoharibika, vanila huzalishwa kwa wingi na huanza kuzuia kazi ya E.Coli yaani vanilla huanza kuleta sumu. Lakini hii ilifanya kazi kwa niaba yao wakati waliunda vimelea. Katika hali mpya, kemikali ambayo ni sumu kwa E.Coli inatumiwa kuanzisha mchakato changamano wa "lignin valorisation". Vanila inapopatikana, huamsha vimeng'enya na bakteria huanza kubadilisha vanillin kuwa katekesi, ambayo ni kemikali inayotakikana. Pia, kiasi cha vanillin hakifikii kiwango cha sumu kama inavyodhibitiwa katika mfumo wa sasa. Tatizo la tatu na la mwisho lilikuwa la ufanisi. Mfumo wa uongofu ulikuwa wa polepole na wa hali ya chini kwa hivyo watafiti waliangalia wasafirishaji bora zaidi kutoka kwa bakteria wengine na kuwaunda kuwa E. Coli ambayo baadaye ilifuatilia mchakato huo haraka. Kushinda matatizo ya sumu na ufanisi kwa ufumbuzi huo wa ubunifu kunaweza kusaidia kufanya uzalishaji wa biofueli kuwa mchakato wa kiuchumi zaidi. Na, kuondolewa kwa kishawishi cha nje pamoja na ujumuishaji wa udhibiti otomatiki kunaweza kuboresha zaidi mchakato wa kutengeneza nishati ya mimea.
Imethibitishwa kuwa lignin inapovunjwa, ina uwezo wa kutoa au tuseme "kuweka" kemikali muhimu za jukwaa ambazo zinaweza kubadilishwa kuwa nailoni, plastiki, dawa na bidhaa zingine muhimu ambazo kwa sasa zinatokana na mafuta ya petroli. - chanzo cha nishati mbadala. Utafiti huu ni muhimu katika kuwa hatua kuelekea kutafiti na kutengeneza suluhu za gharama nafuu za nishati ya mimea na uzalishaji wa viumbe hai. Kwa kutumia teknolojia ya uhandisi wa kibaiolojia tunaweza kuzalisha kiasi kikubwa cha kemikali za jukwaa na bidhaa nyingine kadhaa mpya za mwisho, si tu kwa kutumia E.Coli ya bakteria bali pia na viumbe vingine vidogo. Utafiti wa baadaye wa waandishi utalenga kuonyesha uzalishaji wa kiuchumi wa bidhaa hizi. Utafiti huu una athari kubwa katika michakato ya uzalishaji wa nishati na upanuzi wa anuwai ya uwezekano wa bidhaa za kijani kibichi. Waandishi wanasema kwamba katika siku za usoni lignocellulose lazima dhahiri inayosaidia mafuta ya petroli kama si kuchukua nafasi yake.
***
{Unaweza kusoma karatasi asili ya utafiti kwa kubofya kiungo cha DOI kilichotolewa hapa chini katika orodha ya (vyanzo) vilivyotajwa}
Chanzo (s)
Wu W et al. 2018. Kuelekea uhandisi E. coli yenye mfumo wa udhibiti wa lignin valorization', Kesi ya Chuo cha Taifa cha Sayansi. 115 (12). https://doi.org/10.1073/pnas.1720129115
