Chimiștii au reușit să producă hidrogen utilizând firimituri provenite din risipa alimentară, deschizând astfel perspective pentru o industrie chimică mai sustenabilă. Procesul combina fermentația bacteriană cu cataliza metalică, transformând deșeurile din alimente în surse valoroase de hidrogen, în timp ce analizele indică faptul că metoda este, în general, carbon-negativă. Cercetările au fost publicate în revista Nature Chemistry și pot reprezenta o alternativă viabilă la utilizarea combustibililor fosili pentru reacția de hidroginare, o etapă esențială în numeroase procese industriale.
Necesitatea unui hidrogen mai ecologic
Hidroginarea reprezintă o reacție fundamentală în producția pentru industrie, fiind implicată în procesarea alimentelor, fabricarea plasticului sau a medicamentelor. În prezent, însă, majoritatea hidrogenului utilizat provine din combustibili fosili, o metodă poluantă și consumatoare de energie, care contribuie semnificativ la emisiile de dioxid de carbon.
De aceea, cercetătorii caută soluții alternative, mai prietenoase cu mediul. Inspirându-se din natură, au explorat potențialul bacteriilor care produc hidrogen în mod natural în condiții anaerobe. Astfel, se încearcă integrarea acestui hidrogen biologic într-un sistem chimic complet, reducând astfel dependența de combustibili fosili și impactul asupra mediului.
„Principala provocare a fost găsirea unui catalizator care să funcționeze într-un sistem viu, în apă, la temperaturi moderate și fără a afecta celulele,” explică Stephen Wallace, unul dintre cercetători. Este necesar ca aceste catalizatoare să fie stabile în medii biologice complexe, iar microorganismele să rămână active pentru ca procesul să fie eficient.
Echipa a cultivat bacterii E. coli într-un mediu cu glucoză, apoi a adăugat un catalizator pe bază de paladiu. În condiții fără oxigen, la 37°C timp de 24 de ore, s-a obținut o rată de conversie de până la 94%, ceea ce reprezintă un rezultat promițător pentru dezvoltarea unei tehnologii ecologice.
Firimiturile, o resursă pentru producția de hidrogen
Pentru a face procesul mai sustenabil, cercetătorii au înlocuit glucoza cu resturi de pâine. Microorganismele au descompus carbohidrații complecși din firimituri în glucoză, apoi aceasta a fost utilizată de bacterii pentru a produce hidrogen.
Mai mult, unele tulpini de E. coli au fost modificate genetic pentru a produce direct substraturi necesare reacției, reducând astfel costurile și complexitatea procesului. „Este o abordare genială. Practic, folosesc capacitatea celulară de sinteză pentru a genera orice substrat necesar,” explică Morra.
Rezultatele studiului arată o reducere de trei ori a emisiilor de gaze cu efect de seră comparativ cu metodele tradiționale bazate pe combustibili fosili. În cazul utilizării firimiturilor de pâine, impactul asupra schimbărilor climatice a scăzut cu peste 135%, ceea ce indică un bilanț carbon-negativ.
Deocamdată, cercetătorii lucrează la extinderea gamei de deșeuri utilizabile și la creșterea eficienței procesului. Chiar dacă metoda nu atinge încă nivelul de eficiență al proceselor industriale convenționale, reprezintă un pas semnificativ către o industrie chimică mai sustenabilă.
„În prezent, funcționează cel mai bine pentru molecule mai simple. Pentru a deveni viabilă la scară largă, trebuie să îmbunătățim eficiența, să extindem sistemul biologic și să dezvoltăm catalizatori mai stabili,” afirmă Wallace.
Rezultatele complete ale cercetării au fost publicate în Nature Chemistry pe 20 aprilie 2023. Acestea deschid posibilitatea utilizării în procesul industrial a unor deșeuri alimentare, reducând amprenta ecologică a producerii de hidrogen și părând un pas spre o industrie chimică mai responsabilă.
