El equipo de NETL convierte CO2 en acetato: el proyecto puede reducir los gases de efecto invernadero y al mismo tiempo suministrar materia prima comercial útil

Jul 07, 2023

27 de agosto—PITTSBURGH — Mientras continúan las preocupaciones sobre los gases de efecto invernadero y el calentamiento global en todo el mundo, un equipo de tres investigadores del Laboratorio Nacional de Tecnología Energética ha encontrado una manera de convertir el dióxido de carbono en un producto comercial útil, el acetato, y están trabajando para hacer crecer su descubrimiento a escala comercial.

Djuna Gulliver, investigadora principal federal; Sam Flett, investigador asociado del Instituto Oak Ridge para la Ciencia y la Educación; y el ingeniero de investigación Dan Ross, del equipo de apoyo a la investigación de Lidos de NETL, explicaron su trabajo y realizaron un recorrido por su laboratorio de Pittsburgh.

El acetato es un líquido semisintético con una amplia gama de usos: se puede hilar en fibras para telas o moldear formas para monturas de anteojos o joyas o usarse para artículos de limpieza o cosas como quitaesmalte (acetona).

Su descubrimiento de convertir el gas CO2 en acetato líquido fue una feliz casualidad, dijeron los tres científicos. Implica la intervención de microorganismos que actúan como biocatalizadores.

Un catalizador es una sustancia que aumenta la velocidad de una reacción química sin sufrir ningún cambio químico permanente. Un biocatalizador es una sustancia natural que utiliza enzimas de fuentes biológicas para lograr el mismo propósito que las reacciones bioquímicas. NETL ha solicitado una patente para la tecnología.

Ross había estado trabajando en un proyecto diferente para convertir carbón en metano utilizando microbiología y tenía acceso a pozos de metano en lechos de carbón. La idea de convertir CO2 en productos de valor añadido utilizando electricidad no es nada nuevo, por lo que decidieron intentar enriquecer estas muestras de metano en el laboratorio para convertirlas en acetato.

"Pensamos que sería una buena fuente de esos microorganismos y teníamos una capacidad única para obtener estas muestras porque trabajamos mucho en estos sistemas", dijo Gulliver.

Por supuesto, no todos los pequeños bichos son adecuados. Comenzaron con una comunidad muy diversa y, a través de una serie de experimentos, se enriquecieron para una comunidad que tiene la mayor abundancia de cuatro a cinco microorganismos que catalizaron la conversión de dióxido de carbono en acetato.

Y no tienen que volver al pozo para recolectar más organismos, dijeron. Continúan propagándose a partir de la muestra original; un profano podría compararla aproximadamente con una masa madre.

La siguiente fase de su proyecto, dijeron, es descubrir cómo producir más. En este momento, pueden producir alrededor de 8 gramos por litro de solución (un gramo equivale aproximadamente a 0,28 onzas o 1,9 cucharaditas) en tubos de ensayo. Quieren aumentar esa cantidad (el título es una medida de concentración) a 40 gramos por litro y pasar de producir litros de producto a galones. "Nuestro objetivo siempre es aumentar esa concentración".

"Creo que la ampliación será más un problema en términos de costos de materiales para asegurarnos de que podamos tener la logística necesaria", dijo Gulliver. En teoría, deberían poder hacer crecer los microorganismos hasta convertirlos en una biomasa lo suficientemente grande como para producir cantidades significativas de conversión.

Comenzaron a trabajar en este proyecto en 2017-18, dijeron, pero el COVID los interrumpió, por lo que a finales de 2020 y en 2021 comenzaron a ampliar el proceso de pruebas, dijo Ross. "En los últimos años, hemos estado optimizando y ahora que lo hemos reducido, queremos trabajar más en el lado del biorreactor, diseñando eso para maximizar nuestros productos".

Un biorreactor no es una especie de máquina monstruosa que produce cosas con todo tipo de ruidos y efectos aterradores. Sus biorreactores son tubos de 1 litro. Combinan el líquido de propagación con el cultivo en el tubo, lo llenan con CO2 y lo dejan trabajar para producir el acetato.

Ahora mismo, cuando alcanzan el título que quieren, tienen que parar y retirar el material. A esto se le llama reactor discontinuo.

Entonces, están trabajando para desarrollar un reactor de flujo continuo, donde una corriente de fluido entra y golpea el biocatalizador, y mientras funciona, el acetato sale por una salida diferente. Esto significa que podrían aumentar el tiempo de residencia (la cantidad de tiempo en el reactor) y duplicar o triplicar la concentración, y extraer constantemente producto en lugar de detener constantemente el proceso.

A medida que crezcan, ¿de dónde obtendrán el CO2? No directamente, dijo Gulliver, sino probablemente del gas residual de una instalación industrial.

Cuando amplíen su escala y encuentren un socio comercial, lo que el mercado podría hacer con el acetato estará abierto a la exploración, dijeron. Tal vez venderlo como acetato puro, tal vez venderlo como alimento para algo como los biocombustibles. "Creemos que este podría ser un buen objetivo para el primer producto que luego se convertirá", dijo Ross.

Pero, dijeron, todavía faltan algunos años para eso.

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