像珊瑚一样设计的细菌以实现碳中和水泥生产

通过模仿珊瑚捕获海洋中二氧化碳的方式，研究人员设计了可以帮助建筑业减少二氧化碳排放的细菌。

新建筑通常是一个值得庆祝的理由，但当看到建筑业的气候足迹时，没有什么值得庆祝的，这是世界上最高的。

仅在 2021 年，就有 2 亿吨一氧化碳2通过该行业的水泥生产排放，相当于全球二氧化碳总量的 7% 以上2排放。当水泥加热时会发生排放，因为高温会导致一氧化碳2释放。

博士后Colleen Varaidzo Manyumwa和博士生Chenxi Zhang正在努力解决这个问题 - 最初是在微观层面上。通过将基因从微生物转移到一种特别坚韧的细菌中，他们成功地让细菌产生一种具有备受追捧特性的酶。该酶可以快速有效地结合一氧化碳2石灰石或碳酸钙，这是水泥的主要成分之一。

“这个过程在自然界中可见，海洋珊瑚也捕获一氧化碳。2，但这可能需要几个世纪。我们的酶只需要几分钟，“Colleen Manyumwa说。

研究人员现在正在努力使酶生产更加高效，因此他们的解决方案最终可以在行业中扩大规模并实施。水泥厂的目标是有一个带有专门设计的细菌的生物反应器，也称为细胞工厂，以确保一氧化碳2发射被捕获，而不是泄漏到大气中。

“它的工作原理有点像绿色圆圈：工厂释放一氧化碳2在加热过程中，我们在生物反应器中捕获它，生物反应器将CO2与碳酸钙结合，然后工厂重新加热碳酸钙以制造新水泥，然后我们再次捕获CO2释放，“张晨曦说。

珊瑚是灵感的源泉

寻找循环解决方案从污染行业捕获二氧化碳的雄心远非独一无二。但研究人员正在研究的技术非常独特，尚未获得专利。

“其他生物学家通常试图设计模仿光合作用的细菌，其中植物从空气中捕获二氧化碳并将其转化为糖。问题是这很难做到。这就是为什么我们选择说：忘记植物!我们想模仿珊瑚，“该小组的负责人Ivan Mijakovic教授说，他提出了该项目的最初想法。

就像陆地上的植物从空气中捕获二氧化碳一样，海洋中的珊瑚在建造我们称之为珊瑚礁的复杂结构时也会捕获二氧化碳。可以说，二氧化碳在海上建筑中被捕获，它是由碳酸钙制成的，就像水泥一样。

“我们对细菌进行了基因改造，使其表现得像海洋珊瑚。我们的细菌也在水下生长，当溶液要扩大规模时，生物反应器内的细胞工厂也必须是液体，“Ivan Mijakovic说。

研究人员现在已经可以说，这对生物反应器提出了特殊要求。因为当细胞工厂是液体时，反应器中形成的碳酸钙是固体。因此，在设计阶段，重要的是要考虑到固体石灰石需要轻松有效地从反应器中运输出来。

巨大的潜力

到目前为止，该解决方案仅在实验室中被证明有效，这意味着在研究人员进行实际放大之前，仍然需要进行大量测试以产生更多结果。

主要的挑战是使细菌足够坚韧，以承受它们在工业中将要经历的恶劣环境和高温。如果研究人员在该项目上取得成功，潜力将是巨大的。

“我们创造了一种最初对建筑行业非常有价值的产品。但是，由于我们可以用细菌制造碳酸钙，因此我们也可以制造其他可用于例如制药工业或造纸工业的碳酸钙。潜力确实是巨大的，“Colleen Manyumwa说。

尽管从实验室中的微生物到最终目标还有很长的路要走，但她在研究的大局中找到了动力。

“创新总是具有挑战性的，有些日子肯定比其他日子容易。但我相信，在几年内，这种解决方案将作为从大气中去除二氧化碳并帮助减缓气候变化的几种解决方案之一而存在，“她说。

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