Cyanobacteria direkayasa untuk menerima listrik eksternal mengubah karbon dioksida menjadi bahan bakar | Riset

Cyanobacteria direkayasa untuk menerima listrik eksternal mengubah karbon dioksida menjadi bahan bakar |  Riset post thumbnail image

Permainan mantap Data SGP 2020 – 2021.

Para ilmuwan telah menciptakan sistem foto-elektrosintetik yang memungkinkan cyanobacteria menggunakan cahaya dan listrik untuk mengubah karbon dioksida menjadi asetat atau etilen.1 Sistem ini lebih hemat energi daripada fotosintesis alami dan membuka jalan baru untuk menggabungkan listrik terbarukan dengan mikroorganisme fotosintesis untuk menghasilkan bahan bakar secara berkelanjutan.

Fotosintesis, yang mengubah karbon dioksida menjadi senyawa bermanfaat yang mengandung karbon, adalah salah satu bioproses terpenting di bumi. Namun, fotosintesis alami mengalami tiga keterbatasan utama yang mengurangi efisiensi keseluruhannya. Pertama, fotosistem I dan fotosistem II, yang menyerap cahaya dan mengeksitasi elektron selama fotosintesis, memiliki spektrum serapan yang tumpang tindih sehingga bersaing untuk mendapatkan energi cahaya. Kedua, oksigen yang dihasilkan oleh fotosistem II bersaing dengan karbon dioksida untuk situs aktif RuBisCO, enzim yang bertanggung jawab untuk memperbaiki karbon dioksida. Hal ini menyebabkan fotorespirasi, yang bersaing dengan jalur fiksasi karbon yang diinginkan. Ketiga, fotosintesis hanya dapat menggunakan energi cahaya dari wilayah kecil spektrum matahari, sekitar 400-700nm.

Gambar yang menunjukkan platform foto-elektrosintetik

Untuk mengatasi keterbatasan ini, tim ilmuwan yang dipimpin oleh Jeffrey Blackburn dan Wei Xiong di National Renewable Energy Laboratory di AS, merancang sistem yang memungkinkan cyanobacteria menggunakan pasokan elektron dan cahaya eksternal untuk mendorong fiksasi karbon dioksida. Mereka secara genetik menghilangkan fotosistem II dari cyanobacteria dan menempelkan sel yang dimodifikasi ke katoda dalam sirkuit elektrokimia. Di bawah penerangan cahaya, listrik yang disuplai dari luar bertindak sebagai fotosistem II buatan dengan mengirimkan elektron ke fotosistem I yang terfotoeksitasi, memungkinkan sel untuk mengubah karbon dioksida menjadi molekul bahan bakar seperti asetat dan etilen. Dengan menghilangkan fotosistem II ‘kami memblokir fotosistem, yang relevan dengan evolusi oksigen, sehingga proses fotorespirasi dapat dihambat,’ jelas Wei. ‘Pada saat yang sama, hanya ada satu fotosistem yang diperlukan dalam sistem kami, jadi tidak ada persaingan untuk penyerapan cahaya.’

Sumber terbarukan dapat digunakan untuk menghasilkan listrik, sehingga sistem menyajikan cara yang menjanjikan untuk menyimpan energi tersebut. ‘Jumlah energi terbarukan yang kami gunakan meningkat setiap tahun, tetapi elektron tidak selalu dikirimkan tepat pada waktu yang Anda butuhkan untuk menggunakannya,’ jelas Blackburn. Menggunakan strategi ini ‘Anda mengambil elektron, berpotensi dari fotovoltaik atau angin, dan menyimpannya sebagai energi kimia, menggunakan antarmuka bakteri-material untuk melakukan konversi itu untuk Anda.’ Ini juga memiliki manfaat tambahan mengambil gas rumah kaca, karbon dioksida, dan mengubahnya menjadi produk kimia yang berguna.

Shelley Minteer, pakar bioelektrokatalisis di University of Utah di AS, mengatakan ini adalah pendekatan yang kreatif dan inovatif. ‘Ini menarik karena mikroba tidak benar-benar dirancang untuk elektrosintesis sehingga kemampuan untuk menambahkan kemampuan ke dalam cyanobacteria untuk mempromosikan kimia yang menarik sangat bagus.’ Dan Frédéric Lemaître, seorang ahli bioelektrokimia di Universitas Sorbonne di Prancis, mencatat bahwa ‘walaupun masih banyak yang harus dilakukan,’ seperti mengeksplorasi sumber energi yang berbeda dan meningkatkannya, ‘strategi ini tidak diragukan lagi membuka jalan bagi pekerjaan masa depan dan pelengkap pada fiksasi karbon dioksida. dan konversi.’

Related Post