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I batteri sono noti per abbattere il lattosio per produrre yogurt e birra. Ora i ricercatori guidati dalla Northwestern University e dalla LanzaTech hanno sfruttato i batteri per abbattere l'anidride carbonica (CO2) di scarto ottenendo preziose sostanze chimiche industriali. In un nuovo studio pilota, i ricercatori hanno selezionato, ingegnerizzato e ottimizzato un ceppo batterico e poi dimostrato con successo la sua capacità di convertire CO2 in acetone e isopropanolo (IPA).
Questo nuovo processo di fermentazione del gas non solo rimuove i gas serra dall'atmosfera, ma evita anche l'uso di combustibili fossili, che sono tipicamente necessari per generare acetone e IPA. Dopo aver eseguito l'analisi del ciclo di vita, il team ha scoperto che la piattaforma carbon-negative potrebbe ridurre le emissioni di gas serra del 160% rispetto ai processi convenzionali, se ampiamente adottata.
"L'accelerazione della crisi climatica, combinata con la rapida crescita della popolazione, pone alcune delle sfide più urgenti per l'umanità, tutte legate al rilascio e all'accumulo senza sosta di CO2 in tutta la biosfera", ha affermato Michael Jewett della Northwestern, co-autore senior dello studio. "Sfruttando la nostra capacità di collaborare con la biologia su base sostenibile e rinnovabile, possiamo iniziare a sfruttare la CO2 disponibile per trasformare la bioeconomia".
Jewett è Walter P. Murphy Professor of Chemical and Biological Engineering presso la McCormick School of Engineering della Northwestern e direttore del Center for Synthetic Biology. Ha co-condotto lo studio con Michael Koepke e Ching Leang, entrambi ricercatori di LanzaTech.
L'acetone e l'IPA sono utilizzati in molti settori, con un mercato globale combinato che supera i 10 miliardi di dollari. Ampiamente usato come disinfettante e antisettico, l'IPA è la base per una delle due formule di disinfettante raccomandate dall'Organizzazione Mondiale della Sanità, che sono altamente efficaci nell'uccidere il virus SARS-CoV-2. E l'acetone è un solvente per molte materie plastiche e fibre sintetiche, resina poliestere, strumenti per la pulizia e anche per la rimozione dello smalto per unghie.
Mentre queste sostanze chimiche sono incredibilmente utili, sono generate da risorse fossili, portando a notevoli emissioni di CO2. Per produrre queste sostanze chimiche in modo più sostenibile, i ricercatori hanno sviluppato un nuovo processo di fermentazione del gas. Hanno iniziato con Clostridium autoethanogenum, un batterio anaerobico progettato presso LanzaTech. Quindi, i ricercatori hanno utilizzato strumenti di biologia sintetica per riprogrammare il batterio per fermentare CO2 producendo così acetone e IPA.
I team Northwestern e LanzaTech ritengono che i ceppi sviluppati e il processo di fermentazione si tradurranno su scala industriale. L'approccio potrebbe anche essere potenzialmente applicato per la produzione di altre sostanze chimiche preziose.
"Questa scoperta è un importante passo avanti nell'evitare una catastrofe climatica", ha dichiarato Jennifer Holmgren, CEO di LanzaTech. "Oggi, la maggior parte delle nostre materie prime chimiche derivano esclusivamente da risorse fossili come petrolio, gas naturale o carbone. Acetone e IPA ne sono due esempi con un mercato globale combinato di $ 10 miliardi". I metodi di produzione di acetone e IPA attraverso i batteri accelereranno lo sviluppo di altri nuovi prodotti chiudendo il ciclo del carbonio.