Nie ma nic widowiskowego w kolbie laboratoryjnej. Zwłaszcza gdy zawiera coś tak trywialnego jak bakterie. Kiedyś być może robiły efekt "wow", ale dzisiaj już nikogo one nie porywają. A jednak właśnie tam, w szczelnie zamkniętym naczyniu wypełnionym dwutlenkiem węgla, dzieje się coś, co może zmienić przemysł. I to z korzyścią dla środowiska.
Bacillus megaterium to jeden z tych organizmów, które nie zwracają szczególnie naszej uwagi. Pałeczka długości kilku mikrometrów, tlenowa, zupełnie nijaka z wyglądu. Od dekad znana biotechnologom jako pomocnik przy syntezie witaminy B12 i enzymów. Szwajcarzy odkryli w niej coś jeszcze – zdolność do przekształcania CO₂ w wapień z wydajnością, której nie oferuje żadna znana dziś technologia. My głowimy się często nad rozwiązaniami technologicznymi, tworzymy kompletnie niewydajne procesy generujące odpady, a tu... bakterie robią takie rzeczy bez zadyszki, szybciej i bez toksyn przy okazji.
W warunkach laboratoryjnych, pod ciśnieniem ponad 470 razy wyższym od atmosferycznego, mikroby przekształciły CO2 w kalcyt z wydajnością sięgającą 94%. Dla porównania – klasyczne chemiczne sorbenty i membrany oscylują w granicach 50–60%, często generując toksyczne odpady. Jest przebitka, prawda?
W klasycznym ujęciu bakterie mineralizujące CO₂ korzystały z ureolizy – procesu, w którym enzym ureaza rozkłada mocznik, podnosi pH i inicjuje krystalizację kalcytu. Jest w tym jeden poważny problem. Amoniak — produkt uboczny procesu — jest toksyczny. I tu wymaga się odpowiedniej filtracji, procesów oczyszczania: a to podnosi koszty i komplikuje całość operacji.
Bacillus megaterium rozwiązuje ten kłopot. Gdy stężenie CO₂ przekracza odpowiedni próg, organizm wyłącza szlak ureolityczny i uruchamia enzym zwany anhydrazą węglanową. Ten drugi nie potrzebuje mocznika. Wystarczy mu sam CO₂ i jony wapnia. Następuje czysta mineralizacja bez toksyn, która działa nawet w lekko kwaśnym środowisku – jak spaliny z hut czy cementowni.
Co więcej, oba enzymy znajdują się w peryplazmie – warstwie między błoną zewnętrzną a cytoplazmatyczną – więc substraty nie muszą przekraczać membran komórkowych. To oznacza mniejszy koszt energetyczny i szybszą reakcję.
To nie wszystko. Struktura powstałego minerału – romboedryczna, jak w przypadku kalcytu geologicznego – nie odbiega od naturalnej. Owe bakterie nie tylko przyspieszają krystalizację, ale robią to zgodnie z zasadami krystalografii.
W eksperymentach laboratoryjnych udało się związać luźne ziarna piasku w solidny blok w ciągu kilku godzin. Dla inżyniera budowlanego to absolutna gratka. To oznacza, że moglibyśmy się pozbyć z naszych budowli przynajmniej części cementu.
Przemysł z nim związany odpowiada za niemal 8% globalnych emisji CO₂ – to około 3 miliardy ton rocznie. Każda tona, której nie trzeba wypalać w piecu rozgrzanym do 1400°C, to konkretna oszczędność. A jeśli część z tego można zamienić w stabilny wapień biologiczny, który przetrwa setki lat bez degradacji? Zyskujemy magazyn CO2 zaklęty w ścianie budynku.
Tu pojawia się pytanie o skalowalność. Startup Medusoil już teraz prowadzi testy pilotażowe z bioreaktorami i planuje wstrzykiwanie hodowli bakteryjnej w kruszywo – po to, by produkować bloki nośne bez cementu.
Wstępne dane są obiecujące. Bloki z dodatkiem biokalcytu zachowały 98% wytrzymałości na ściskanie po 300 cyklach zamrażania i rozmrażania – to próg, który w wielu krajach decyduje o dopuszczeniu materiału do użytku budowlanego. A regulacje, od Kalifornii po UE, coraz częściej patrzą nie na skład chemiczny, ale na wynik – trwałość, bezpieczeństwo i odporność. Nie sztuką jest zaproponować alternatywny proces produkcji "składników" budynków: trzeba zadbać jeszcze o ich wytrzymałość.
Równolegle trwają prace nad transferem enzymów. Zespół z Uniwersytetu w Newcastle wprowadził anhydrazę z B. megaterium do Bacillus subtilis. I tak uzyskano redukcję emisji CO₂ o 80%. To trochę jak "plug and play" znane z branży IT – wpinanie mikroorganizmów lub ich enzymów bez konieczności zmiany całego procesu przemysłowego.
Czytaj również: Bakterie zjadają plastik i robią z niego lek. To nie żart!
Musimy rozwiązać jeszcze kilka problemów. Chodzi o sterylność urządzeń, maszyn oraz zbiorników, pozyskiwanie wapnia z nieszkodliwych źródeł (np. solanek lub odpadów kopalnianych), optymalizacja pH w dużych zbiornikach. Na pocieszenie: to raczej problemy inżynieryjne, a nie koncepcyjne: czyli wykazujące słabość pomysłu.
Do tego wszystkiego doprowadza niepozorna bakteria, która robi to, czego nie potrafi nawet najlepszy filtr: zamienia niewidzialny gaz w twardy kamień. W czasach, gdy każdy gram zmagazynowanego węgla ma znaczenie, a każda technologia jest oceniana pod kątem opłacalności i skalowalności, ów mikroorganizm może okazać się jednym z cichych bohaterów budownictwa przyszłości. Chyba wszyscy byśmy sobie tego życzyli.
Hej, jesteśmy na Google News - Obserwuj to, co ważne w techu
