Các hợp chất hữu cơ trong nước
cống sinh hoạt và nước thải công nghiệp rất giàu năng lượng, nhựa sinh học và
ngay cả những protein làm thức ăn gia súc – nhưng với phương pháp chiết xuất
không hiệu quả, các nhà máy xử lý đã loại bỏ những thứ này thành các chất gây ô
nhiễm. Nay các nghiên cứu gia đã phát hiện một giải pháp thân thiện môi trường
và tiết kiệm chi phí.
Nghiên cứu của họ là nghiên cứu
đầu tiên cho thấy rằng các vi khuẩn tía quang hợp - có thể lưu trữ năng lượng từ
mặt trời – khi được cung cấp dòng điện có thể khôi phục gần 100% cacbon từ bất
kỳ loại chất thải hữu cơ nào, trong khi đó tạo ra khí hydro để sử dụng làm nhiên
liệu.
“Một trong những vấn đề quan
trọng của các nhà máy xử lý nước thải hiện thời là thải ra nhiều khí cacbon”,
đồng tác giả Daniel Puyol đến từ Trường Đại học Vua Juan Carlos, Tây Ban Nha cho
biết. “Quy trình tinh lọc sinh học bằng ánh sáng của chúng tôi có thể đem lại
một phương tiện để thu năng lượng xanh từ nước thải mà không thải ra khí cacbon”.
“Các vi khuẩn tía quang hợp là
công cụ lý tưởng cho việc khôi phục nguồn cacbon từ chất thải hữu cơ nhờ quá
trình trao đổi chất rất đa dạng của chúng”, Puyol giải thích.
Những vi khuẩn này có thể sử
dụng các phân tử hữu cơ và khí nitơ – thay vì CO2 và H2O –
để cung cấp cacbon, electron và nitơ cho quá trình quang hợp. Điều này có nghĩa
là chúng phát triển nhanh hơn các vi khuẩn và tảo quang dưỡng thay thế, và có
thể tạo ra các sản phẩm phụ của quá trình trao đổi chất, như khí hydro, protein
hoặc một loại pôliexte phân hủy sinh học.
Sản phẩm phụ nào của quá trình
trao đổi chất chiếm ưu thế tùy thuộc vào điều kiện môi trường của các vi khuẩn –
như cường độ ánh sáng, nhiệt độ và loại chất hữu cơ cũng như các dưỡng chất khác.
“Nhóm nghiên cứu của chúng tôi
kiểm soát những điều kiện này để điều chỉnh quá trình trao đổi chất của vi khuẩn
tía cho nhiều ứng dụng khác nhau, tùy thuộc vào nguồn chất thải hữu cơ và các
yêu cầu của thị trường”, đồng tác giả, giáo sư Abraham Esteve-Núñez đến từ
Trường Đại học Alcalá, Tây Ban Nha cho biết.
“Nhưng điểm độc đáo trong phương
pháp của chúng tôi là việc sử dụng dòng điện bên ngoài để tối ưu hóa khả năng
sản xuất hydro của vi khuẩn tía”.
Khái niệm “hệ thống điện hóa
sinh học” này có tác dụng bởi vì các con đường trao đổi chất đa dạng ở vi khuẩn
tía được kết nối bằng một dòng điện phổ biến, đó là các electron. Bằng cách tối
ưu hóa lưu lượng electron trong các vi khuẩn này, một dòng điện – được cung cấp
qua điện cực âm và dương giống ở một cục pin – có thể phân định các quá trình
này và tối đa hóa tốc độ quang hợp.
Trong nghiên cứu gần đây nhất,
nhóm nghiên cứu đã phân tích các điều kiện tối ưu để tối đa hóa khả năng sản
xuất hydro bằng một hỗn hợp các vi khuẩn tía quang dưỡng. Họ còn kiểm nghiệm tác
dụng của một dòng điện âm đối với hành vi trao đổi chất của những vi khuẩn này.
Kết quả nghiên cứu chính của họ
là hỗn hợp dinh dưỡng đem lại tỷ lệ sản xuất hydro cao nhất còn hạn chế tối
thiểu việc tạo ra CO2.
“Điều này cho thấy rằng vi khuẩn
tía có thể được sử dụng để khôi phục nhiên liệu sinh học có giá trị từ các chất
hữu cơ thường có ở nước thải – như axit malic và sodium glutamate – với lượng
cacbon thấp”, Esteve-Núñez cho biết.
Theo các tác giả, đây là lần đầu
tiên sử dụng các mẻ cấy vi khuẩn tía trong một hệ thống điện hóa sinh học.
Việc thu giữ CO2 thừa
do vi khuẩn tía tạo ra có thể giúp ích không những cho việc giảm khí thải cacbon
mà còn cho việc tinh lọc khí sinh học từ chất thải hữu cơ để sử dụng làm nhiên
liệu.
Tuy nhiên, Puyol thừa nhận rằng
mục tiêu thực sự của nhóm còn nằm xa ở phía trước.
AT (Science Daily)