निर्णायक शोध से कार्बन डाइऑक्साइड से नवीकरणीय प्लास्टिक की क्षमता का पता चलता है
मैनचेस्टर विश्वविद्यालय के वैज्ञानिकों ने कार्बन डाइऑक्साइड (CO2) को मूल्यवान जैव-आधारित सामग्रियों में परिवर्तित करने के लिए साइनोबैक्टीरिया – जिसे आमतौर पर “नीले-हरे शैवाल” के रूप में जाना जाता है – का उपयोग करने में एक महत्वपूर्ण सफलता हासिल की है।
बायोटेक्नोलॉजी फॉर बायोफ्यूल्स एंड बायोप्रोडक्ट्स में प्रकाशित उनका काम, प्लास्टिक जैसे जीवाश्म ईंधन-व्युत्पन्न उत्पादों के टिकाऊ विकल्पों के विकास में तेजी ला सकता है, जिससे कार्बन-तटस्थ परिपत्र जैव-अर्थव्यवस्था का मार्ग प्रशस्त हो सकता है।
डॉ. मैथ्यू फॉकनर के नेतृत्व में, डॉ. फ्रेजर एंड्रयूज और प्रोफेसर निगेल स्क्रूटन के साथ काम करते हुए, शोध ने सिट्रामालेट के उत्पादन में सुधार करने पर ध्यान केंद्रित किया, एक यौगिक जो पर्सपेक्स या प्लेक्सीग्लास जैसे नवीकरणीय प्लास्टिक के लिए अग्रदूत के रूप में कार्य करता है। “प्रयोग के डिजाइन” नामक एक अभिनव दृष्टिकोण का उपयोग करते हुए, टीम ने प्रमुख प्रक्रिया मापदंडों को अनुकूलित करके सिट्रामलेट उत्पादन में उल्लेखनीय 23 गुना वृद्धि हासिल की।
सायनोबैक्टीरिया क्यों?
सायनोबैक्टीरिया सूक्ष्म जीव हैं जो प्रकाश संश्लेषण, सूर्य के प्रकाश और CO को परिवर्तित करने में सक्षम हैं2 कार्बनिक यौगिकों में. वे औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए एक आशाजनक उम्मीदवार हैं क्योंकि वे CO को बदल सकते हैं2–एक प्रमुख ग्रीनहाउस गैस-चीनी या मक्का जैसे पारंपरिक कृषि संसाधनों पर निर्भर हुए बिना मूल्यवान उत्पादों में। हालाँकि, अब तक, इन जीवों की धीमी वृद्धि और सीमित दक्षता ने बड़े पैमाने पर औद्योगिक उपयोग के लिए चुनौतियाँ पैदा की हैं।
मैथ्यू बताते हैं, “हमारा शोध टिकाऊ विनिर्माण के लिए साइनोबैक्टीरिया के उपयोग में प्रमुख बाधाओं में से एक को संबोधित करता है।” “ये जीव कार्बन को उपयोगी उत्पादों में कैसे परिवर्तित करते हैं, इसका अनुकूलन करके, हमने इस तकनीक को व्यावसायिक रूप से व्यवहार्य बनाने की दिशा में एक महत्वपूर्ण कदम उठाया है।”
सफलता के पीछे का विज्ञान
टीम का शोध इसी पर केन्द्रित था सिनेकोसिस्टिस एसपी. पीसीसी 6803, साइनोबैक्टीरिया की एक अच्छी तरह से अध्ययन की गई प्रजाति। सिट्रामालेट, उनके अध्ययन का केंद्र बिंदु, दो प्रमुख मेटाबोलाइट्स: पाइरूवेट और एसिटाइल-सीओए का उपयोग करके एकल एंजाइमेटिक चरण में निर्मित होता है। प्रकाश की तीव्रता, सीओ जैसे प्रक्रिया मापदंडों को ठीक करके2 एकाग्रता, और पोषक तत्वों की उपलब्धता, शोधकर्ता सिट्रामलेट उत्पादन को महत्वपूर्ण रूप से बढ़ावा देने में सक्षम थे।
प्रारंभिक प्रयोगों से केवल थोड़ी मात्रा में सिट्रामालेट प्राप्त हुआ, लेकिन प्रयोग दृष्टिकोण के डिजाइन ने टीम को कई कारकों के बीच परस्पर क्रिया का व्यवस्थित रूप से पता लगाने की अनुमति दी। परिणामस्वरूप, उन्होंने 1.59 ग्राम/लीटर/दिन की उत्पादकता दर के साथ, 2-लीटर फोटोबायोरिएक्टर में सिट्रामलेट उत्पादन को 6.35 ग्राम प्रति लीटर (जी/एल) तक बढ़ा दिया।
जबकि प्रकाश वितरण चुनौतियों के कारण 5-लीटर रिएक्टरों तक स्केलिंग करते समय उत्पादकता में थोड़ी कमी आई, अध्ययन से पता चलता है कि जैव प्रौद्योगिकी स्केल-अप प्रक्रियाओं में ऐसे समायोजन प्रबंधनीय हैं।
सीओ को घुमाकर2 किसी मूल्यवान चीज़ में, हम केवल उत्सर्जन को कम नहीं कर रहे हैं – हम एक स्थायी चक्र बना रहे हैं जहाँ कार्बन उन उत्पादों के लिए निर्माण खंड बन जाता है जिनका हम हर दिन उपयोग करते हैं।
एक सर्कुलर बायोइकोनॉमी विजन
इस शोध के निहितार्थ प्लास्टिक से परे हैं। पाइरूवेट और एसिटाइल-सीओए, सिट्रामालेट उत्पादन में शामिल प्रमुख मेटाबोलाइट्स, कई अन्य जैव-तकनीकी रूप से महत्वपूर्ण यौगिकों के अग्रदूत भी हैं। इसलिए इस अध्ययन में प्रदर्शित अनुकूलन तकनीकों को जैव ईंधन से लेकर फार्मास्यूटिकल्स तक विभिन्न प्रकार की सामग्रियों के उत्पादन के लिए लागू किया जा सकता है।
कार्बन कैप्चर और उपयोग की दक्षता को बढ़ाकर, अनुसंधान जलवायु परिवर्तन को कम करने और गैर-नवीकरणीय संसाधनों पर निर्भरता को कम करने के वैश्विक प्रयासों में योगदान देता है।
मैथ्यू कहते हैं, “यह काम एक चक्रीय जैव-अर्थव्यवस्था के महत्व को रेखांकित करता है।” “सीओ मोड़कर2 किसी मूल्यवान चीज़ में, हम केवल उत्सर्जन को कम नहीं कर रहे हैं – हम एक स्थायी चक्र बना रहे हैं जहाँ कार्बन उन उत्पादों के लिए निर्माण खंड बन जाता है जिनका हम हर दिन उपयोग करते हैं।
आगे क्या होगा?
टीम की योजना अपने तरीकों को और परिष्कृत करने और दक्षता बनाए रखते हुए उत्पादन बढ़ाने के तरीकों का पता लगाने की है। वे यह भी जांच कर रहे हैं कि साइनोबैक्टीरिया में अन्य चयापचय मार्गों को अनुकूलित करने के लिए उनके दृष्टिकोण को कैसे अनुकूलित किया जा सकता है, जिसका उद्देश्य जैव-आधारित उत्पादों की श्रृंखला का विस्तार करना है जिन्हें स्थायी रूप से निर्मित किया जा सकता है।
यह शोध फ्यूचर बायोमैन्युफैक्चरिंग रिसर्च हब (एफबीआरएच) का नवीनतम विकास है और हेरियट-वाट विश्वविद्यालय में फ्लेक्सबायो स्केल-अप सुविधा के सहयोग से पूरा किया गया था।
