Возможно, вы знакомы с прямым улавливанием воздуха, или DAC, при котором углекислый газ удаляется из атмосферы, чтобы замедлить последствия изменения климата. Теперь ученый из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли (Berkeley Lab) предложил схему прямого захвата океана. Удаление CO 2 из океанов позволит им продолжать выполнять свою работу по поглощению излишков CO 2 из атмосферы.
Эксперты в основном согласны с тем, что для борьбы с изменением климата потребуется нечто большее, чем просто прекращение выбросов парниковых газов, вызывающих потепление климата. Мы также должны удалить двуокись углерода и другие парниковые газы , которые уже были выброшены в атмосферу, в объеме, равном гигатоннам CO 2 , удаляемым каждый год к 2050 году, чтобы добиться нулевых чистых выбросов. В океанах содержится значительно больше CO 2 , чем в атмосфере, и они служат важным поглотителем углерода для нашей планеты.
Питер Агбо (Peter Agbo) — штатный научный сотрудник Лаборатории Беркли в Отделе химических наук, по совместительству — в Отделе молекулярной биофизики и интегрированной биовизуализации. Он получил грант в рамках Инициативы Berkeley Lab по борьбе с выбросами углерода, которая направлена на разработку прорывных технологий с отрицательными выбросами, за его предложение по захвату океана. Его соисследователями в этом проекте являются Стивен Сингер из Объединенного института биоэнергетики и Ручира Чаттерджи, ученый из отдела молекулярной биофизики и интегрированной биовизуализации лаборатории Беркли.
В. Можете ли вы объяснить, как вы представляете себе работу вашей технологии?
По сути, я пытаюсь преобразовать CO 2 в известняк, и один из способов сделать это — использовать морскую воду . Причина, по которой вы можете это сделать, заключается в том, что известняк состоит из магния или так называемых карбонатов магния и кальция. В морской воде естественным образом содержится много магния и кальция. Таким образом, если в морской воде плавает свободный CO 2 вместе с этим магнием и кальцием, он естественным образом в определенной степени образует известняк, но этот процесс очень медленный — пограничные геологические временные масштабы.
Оказывается, узким местом в превращении CO 2 в эти карбонаты магния и кальция в морской воде является процесс, который естественным образом катализируется ферментом, называемым карбоангидразой . Не важно знать название фермента; просто важно знать, что когда вы добавляете карбоангидразу в эту смесь морской воды, вы можете в основном ускорить превращение CO 2 в эти известняки при подходящих условиях.
Итак, идея состоит в том, чтобы масштабировать это — вытягивать CO 2 из атмосферы в океан и, в конечном итоге, в какой-то известняковый продукт, который вы могли бы изолировать.
В. Увлекательно. Итак, вы хотите превратить углекислый газ в горную породу, используя процесс, который происходит естественным образом в морской воде, но ускоряя его. Это звучит почти как научная фантастика. Каковы проблемы в том, чтобы заставить это работать?
Чтобы поглотить CO 2 из воздуха достаточно быстро, чтобы технология заработала, вам нужно решить проблему, как обеспечить достаточное количество этого фермента, чтобы вы могли развернуть этот процесс в значимом масштабе. Если бы мы просто попытались поставлять фермент в чистом виде, вы бы не смогли сделать это экономически выгодным способом. Итак, вопрос, на который я пытаюсь ответить, заключается в том, как бы вы это сделали? Вы также должны найти способы стабилизации pH и смешивания достаточного количества воздуха, чтобы повысить и поддерживать концентрацию CO 2 в воде.
Решение, которое пришло мне в голову, было таким: хорошо, учитывая, что мы знаем, что карбоангидраза — это белок, а белки естественным образом синтезируются биохимическими системами, такими как бактерии, которыми мы можем манипулировать, тогда мы могли бы взять бактерии и затем сконструировать их, чтобы они производили углерод. ангидраза для нас. И вы можете просто продолжать выращивать эти бактерии, пока вы их кормите. Одна проблема, однако, заключается в том, что теперь вы переложили бремя затрат на поставку достаточного количества пищи для производства достаточного количества бактерий для производства достаточного количества ферментов.
Одним из способов решения этой проблемы было бы использование бактерий, которые могут расти, используя энергию и питательные вещества, которые легко доступны в естественной среде. Таким образом, это указывало на фотосинтезирующие бактерии . Они могут использовать солнечный свет в качестве источника энергии, а также CO 2 в качестве источника углерода для питания. И некоторые фотосинтезирующие бактерии могут также использовать минералы, которые естественным образом встречаются в морской воде, в основном в качестве витаминов.
В. Интересно. Значит, путь к улавливанию избытка CO 2 лежит в способности создать микроб?
Возможно в одну сторону, да. В рамках этого проекта я работал над созданием генетически модифицированной бактерии, способной к фотосинтезу и способной вырабатывать на своей поверхности большое количество карбоангидразы. Затем, если вы поместите его в морскую воду, где много магния и кальция, а также присутствует CO 2 , вы увидите быстрое образование известняка. Это основная идея.
Пока это небольшой проект, поэтому я решил сосредоточиться на создании искусственного организма. Прямо сейчас я просто пытаюсь разработать первичную каталитическую систему, представляющую собой бактерии, модифицированные ферментами, для управления минерализацией. Другие нетривиальные части этого подхода — как правильно спроектировать реактор для стабилизации концентрации CO 2 и pH, необходимых для работы этой схемы, — являются задачами будущего. Но я использовал симуляции для обоснования своих подходов к этим проблемам.
Это забавный проект, потому что в любой день мы с моими со-PI могли заниматься либо физической электрохимией, либо манипуляциями с генами в лаборатории.
В. Как это будет выглядеть после масштабирования? И сколько углерода он сможет улавливать?
Я предполагал, что бактерия будет выращиваться в биореакторе масштаба растения. По сути, в этот биореактор вы заливаете морскую воду, активно перемешивая воздух, и он перерабатывает морскую воду, превращая ее в известняк. В идеале у вас, вероятно, есть какой-то тип процесса центрифугирования ниже по течению для извлечения твердых частиц, который, возможно, может быть вызван потоком самой воды, который затем помогает вытащить карбонаты известняка, прежде чем вы затем выбросите обедненную морскую воду. Альтернативой, которая, возможно, могла бы решить ограничения pH минерализации, было бы реализовать это вместо этого как обратимый процесс, где вы также используете фермент для повторного преобразования углерода, который вы захватили в морской воде, обратно в более концентрированный поток CO 2 (поведение карбоангидразы). является обратимым).
То, что я рассчитал для этой системы, предполагая, что протеинкарбоангидраза ведет себя на бактериальной поверхности примерно так же, как и в свободном растворе, предполагает, что вам понадобится растение, имеющее всего около 1 млн. литровый объем, что на самом деле довольно мало. Один из них может обеспечить улавливание примерно 1 мегатонны CO 2 в год. Тем не менее, в такую оценку встроено множество предположений, и она, вероятно, изменится по мере продвижения работы.
Возведение 1000 таких сооружений по всему миру, что является небольшим числом по сравнению с 14 000 водоочистными сооружениями только в Соединенных Штатах, позволило бы ежегодно улавливать атмосферный CO 2 в гигатонном масштабе.
Теги: океан, экология
