فتوسنتز مصنوعی برای تبدیل دی‌اکسید کربن به مواد خام پلاستیک – زیستنا‍‍

به گزارش زیستنا به نقل از Osaka Metropolitan University، فتوسنتز طبیعی در گیاهان، دی‌اکسید کربن (CO_۲) را به ترکیبات آلی متصل می‌کند. در ادامه این دی‌اکسید کربن می‌تواند به گلوکز یا نشاسته تبدیل شود. این مولکول‌های مفید می‌توانند جدا شده و بدین ترتیب کربن به شکل جامد ذخیره می‌شود. فتوسنتز مصنوعی این فرآیند را با کاهش گاز گلخانه‌ای CO_۲ و تبدیل آن به مواد مفید دیگر تقلید می‌کند. گاز CO_۲ عامل اصلی تغییرات اقلیمی است.

پژوهشگران دانشگاه متروپولیتن اوزاکا (Osaka Metropolitan University) با استفاده از فتوسنتز مصنوعی بر روی پیروات (Pyruvate) و دی‌اکسید کربن (CO_۲) موفق به تولید فومارات (Fumarate) شدند. این فومارات را می‌توان برای ساخت پلاستیک‌های زیست‌تخریب‌پذیر مانند پلی‌بوتیلن سوکسینات (Polybutylene Succinate) به کار برد و کربن را به شکل فشرده، بادوام و جامد ذخیره کرد. در حال حاضر، بیشتر فومارات مورد استفاده برای ساخت این پلاستیک از نفت تولید می‌شود، بنابراین ایجاد فومارات از CO_۲ و پیروات حاصل از زیست‌توده بسیار مطلوب است.

فومارات (Fumarate) با تثبیت CO2 به پیرووات (Pyruvate) با چندین بیوکاتالیست ساخته می‌شود. آنزیم مالات دهیدروژناز (Malate dehydrogenase) یا به‌اختصار ME پیروات و دی‌اکسید کربن (CO2) را با یکدیگر ترکیب می‌کند تا ال-مالات (L-malate) را تولید کند. ال-مالات در ادامه می‌تواند به‌وسیله آنزیم فوماراز (Fumarase) یا به‌اختصار FUM به فومارات تبدیل شود. فومارات می‌تواند به‌عنوان ماده اولیه برای پلاستیک‌های زیست‌تخریب‌پذیر، مانند پلی‌بوتیلن سوکسینات (Polybutylene Succinate) استفاده کرد که معمولاً از نفت تولید می‌شود. به‌این‌ترتیب درحالی‌که CO2 از محیط جذب و خارج می‌شود مواد اولیه پلاستیک تولید می‌شود. تصویر از دانشگاه متروپولیتن اوزاکا (Osaka Metropolitan University).

پروفسور یوتاکا آمائو (Yutaka Amao) از مرکز تحقیقات فتوسنتز مصنوعی و میکا تاکوچی (Mika Takeuchi)، دانشجوی تحصیلات تکمیلی در دانشکده علوم دانشگاه متروپولیتن اوزاکا، از بیوکاتالیست مالات دهیدروژناز (Malate Dehydrogenase) (دکربوکسیله کننده اگزالواستات) برای ترکیب CO_۲ با پیرووات، حاصل از زیست‌توده، استفاده کردند تا ال-مالیک اسید (L-Malic Acid) تولید کنند. در ادامه کار از بیوکاتالیست فوماراز (Fumarase) برای آبگیری از ال-مالیک اسید برای تولید فومارات استفاده شد.

پروفسور آمائو گفت: «از بیوکاتالیست‌ها برای تبدیل CO_۲ به ماده خام برای پلاستیک استفاده شد. ما بر اساس نتایج خود، به ساخت سامانه‌های تبدیل بهتر CO_۲ حتی با اثر مخرب زیست‌محیطی کمتر ادامه می‌دهیم؛ ما در حال هدف‌گذاری برای تبدیل کارآمدتر CO_۲ به مواد مفید با استفاده از انرژی نوری هستیم.»

این گروه پژوهشی با کسب این موفقیت، تحقیق در مورد روش‌های جدید فتوسنتز مصنوعی را با هدف تولید فومارات با استفاده از نور به‌عنوان انرژی آغاز کرده‌اند. اگر این فناوری تحقق یابد، سیستم فتوسنتزی مصنوعی جدیدی را برای تولید درشت‌مولکول‌های مفید از CO_۲ به وجود می‌آورد. نتایج این تحقیق در ژورنال Reaction Chemistry & Engineering منتشر شده است.

منبع: Osaka Metropolitan University

Journal Reference:
Takeuchi, Mika, and Yutaka Amao. “Biocatalytic Fumarate Synthesis from Pyruvate and CO_۲ as a Feedstock.” Reaction Chemistry & Engineering ۷, no. 9 (2022): 1931–۳۵. https://doi.org/10.1039/D2RE00039C.

دیدگاه‌ خود را بنویسید لغو پاسخ