Разработан новый экологичный подход производства ценных химикатов из промышленных отходов

Сегодня биотехнологии все чаще применяют для производства различных химикатов, продуктов, витаминов, антибиотиков и прочих веществ. Наибольший интерес с точки зрения переноса производства на биотехнологические рельсы представляет замена старых методов производства тех же химикатов из ископаемых ресурсов, да еще генерирующих при этом парниковые газы. Характерные примеры таких производств — получение ацетона и изопропанола из продуктов переработки нефти.

Группа исследователей под руководством сотрудников Северо-Западного университета (США) и компании LanzaTech, специализирующейся на производстве промышленных химикатов без использования ископаемых ресурсов, решила изменить эту ситуацию. Ученые создали штамм анаэробной бактерии Clostridium autoethanogenum, который способен перерабатывать недорогие газовые отходы (такие как промышленные выбросы и синтез-газ) и получать ацетон и изопропанол в процессе газовой ферментации с селективностью более 90%.

Проведя анализ жизненного цикла бактерии, команда обнаружила, что новый метод производства способен стать углеродно-отрицательным: при производстве потреблять CO2, а не производить и выбрасывать его в атмосферу. Таким образом, новая технология способна сократить выбросы углекислого газа более чем на 160% (то есть условно сделать выбросы CO2 отрицательными) по сравнению с обычными процессами, если она будет широко распространена.

Обзор применяемых инструментов и стратегий, используемых при разработке технологии производства ацетона и изопропилового спирта из промышленных отходов, от проверки концепции до промышленного уровня. / © Liew F.E., et al., Nature biotechnology, 2022.

«Ускоряющийся климатический кризис в сочетании с быстрым ростом населения ставит перед человечеством одни из самых насущных проблем, связанных с непрекращающимся выбросом и накоплением CO2 во всей биосфере, — комментирует Майкл Джуэтт (Michael Jewett), сотрудник Северо-Западного университета и соавтор исследования. — Используя нашу способность сотрудничать с биологией для производства того, что нам необходимо, где и когда это необходимо, на устойчивой и возобновляемой основе, мы можем воспользоваться доступным CO2 для преобразования биоэкономики».

Совокупный мировой рынок ацетона и изопропанола превышает 10 миллиардов долларов. Оба вещества — популярные промышленные растворители, также они нужны в производстве некоторых полимеров вроде оргстекла и полипропилена.

Сравнение существующих способов получения ацетона и изопропанола и разработанного процесса газовой ферментации (b) в форме схем (а) и по выбросу углекислого газа на килограмм продукта (с). / © Liew F.E., et al., Nature biotechnology, 2022.

Кроме того, ацетон можно использовать при производстве лаков, лекарственных препаратов, средств для очистки инструментов и снятия лака, а также более эффективного и экологически чистого топлива, чем существующие дизельное и реактивное. В свою очередь, изопропанол — или изопропиловый спирт — в последнее время приобрел популярность в связи с пандемией коронавируса как дезинфицирующее и антисептическое средство.

Специалисты из Северо-Западного университета и LanzaTech считают, что разработанные штаммы и процесс ферментации вскоре переведут на промышленные масштабы. Этот подход также потенциально можно применить для создания оптимизированных процессов производства других ценных химических веществ.

Статья с результатами исследования опубликована в журнале Nature Biotechnology.