像珊瑚一样设计的细菌可实现碳中和水泥生产

新建筑往往值得庆祝，但在审视建筑业的气候足迹时，并没有什么值得庆祝的，它是世界上最高的。

仅在2021年，该行业的水泥生产就排放了29亿吨CO2，​​占全球CO2排放总量的7%以上。当水泥被加热时会产生排放物，因为高温会导致CO2释放。

博士后ColleenVaraidzoManyumwa和博士学生ChenxiZhang正在努力解决这个问题——最初是在微观层面。通过将基因从微生物转移到一种特别坚韧的细菌中，他们成功地让细菌产生了一种具有广受欢迎特性的酶。该酶可以快速有效地将CO2与石灰石或碳酸钙结合，后者是水泥的主要成分之一。

“这个过程在自然界中很常见，海洋珊瑚也会捕获CO2，​​但这可能需要几个世纪的时间。使用我们的酶，只需几分钟，”ColleenManyumwa说。

研究人员现在正致力于提高酶的生产效率，因此他们的解决方案最终可以扩大规模并在行业中实施。水泥厂的目标是拥有一个带有专门设计的细菌的生物反应器，也称为细胞工厂，以确保排放的CO2被捕获而不是泄漏到大气中。

“它的工作原理有点像一个绿色圆圈：工厂在加热过程中释放CO2，我们将其捕获在生物反应器中，生物反应器将CO2与碳酸钙结合，然后工厂重新加热碳酸钙以制造新的水泥，然后再次我们捕获释放的CO2，”ChenxiZhang说。

珊瑚作为灵感之源

寻找循环解决方案以从污染行业捕获CO2的雄心绝非独一无二。但研究人员正在研究的技术非常独特，尚未获得专利。

“其他生物学家通常会尝试设计模仿光合作用的细菌，植物从空气中捕获CO2并将其转化为糖。问题是这很难做到。这就是为什么我们选择说，‘忘掉植物吧。我们想模仿珊瑚，'”该小组的负责人IvanMijakovic教授说，他提出了该项目的最初想法。

正如陆地上的植物从空气中捕获CO2一样，海洋珊瑚在建造我们称为珊瑚礁的复杂结构时也会捕获CO2。CO2是在海事建筑中捕获的，可以说，它是由碳酸钙制成的，就像水泥一样。

“我们对细菌进行了基因改造，使其表现得像海洋珊瑚。我们的细菌也在水下生长，当溶液要扩大规模时，生物反应器内的细胞工厂也必须是液体，”IvanMijakovic说。

研究人员现在可以说这对生物反应器提出了特殊要求。因为虽然细胞工厂是液体，但反应器中形成的碳酸钙是固体物质。因此，在设计阶段，重要的是要考虑到需要将固体石灰石轻松高效地运出反应器这一事实。

潜力巨大

到目前为止，该解决方案仅在实验室中被证明有效，这意味着在研究人员可以进行实际放大之前，仍需要进行大量测试以产生更多结果。

主要的挑战是使细菌足够坚韧，以承受它们将在工业中遇到的恶劣环境和高温。如果研究人员成功完成该项目，则潜力巨大。

“我们创造了一种最初对建筑业非常有价值的产品。但由于我们可以用我们的细菌制造碳酸钙，我们还可以制造其他可用于制药业或造纸业的碳酸盐行业。潜力确实是巨大的，”ColleenManyumwa说。

虽然从实验室里的微生物到最终目标还有很长的路要走，但她从研究的大局中找到了动力。

“创新总是充满挑战，有些日子肯定比其他日子容易。但我相信，在几年内，这个解决方案将作为从大气中去除CO2并帮助减缓气候变化的几种解决方案之一存在，”她说.

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