Un batterio

Scientific Reports volume 12, numero articolo: 10236 (2022) Citare questo articolo

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Raggiungere la neutralità del carbonio richiede una varietà di approcci tecnologici. Nel presente studio, abbiamo confermato l’applicabilità di un sistema del ciclo del carbonio in diversi campi industriali utilizzando batteri ossidanti lo zolfo. Questo sistema produce un fertilizzante a base di azoto, che riduce le emissioni di carbonio riciclando gli inquinanti H2S e NH3 scaricati nell’atmosfera o nelle acque reflue. Dovrebbe essere considerata nei settori industriali come una strategia di riduzione del carbonio.

La riduzione dei gas serra è senza dubbio un compito che dovrebbe essere intrapreso da tutti in quest’era per il continuo progresso dell’umanità. Numerosi studi hanno studiato le modalità per realizzare un ciclo virtuoso del carbonio riciclando la CO2, il gas serra con le emissioni più elevate, per sostituire i prodotti convenzionali a base di petrolio. Tali tecnologie di conversione della CO2 sono sostanzialmente suddivise in conversione chimica e biologica, compresa la conversione termica catalitica, elettrochimica e fotochimica a seconda del metodo di produzione di energia, quest'ultima che prevede principalmente l'uso di luce, idrogeno ed elettricità come fonte di energia1. Questi metodi si basano principalmente sullo sviluppo tecnologico in condizioni di fornitura di energia rinnovabile per sfruttare l’energia proveniente dalla luce solare, dal vento e dal calore geotermico. Tuttavia, nelle regioni con un livello insufficiente di energia rinnovabile, esiste un limite all’uso di tali tecnologie per ridurre le emissioni di CO2.

Per superare questo problema, è stato proposto un nuovo sistema per il ciclo virtuoso del carbonio, in base al quale l’energia chimica proveniente dalle risorse di scarto viene utilizzata per ridurre la CO2 e produrre solfato di ammonio ecologico. Il sistema si basa su una tecnologia di base che utilizza batteri ossidanti lo zolfo (SOB), chemiolitotropi che fissano la CO2 attraverso il percorso cbb utilizzando lo zolfo ridotto come fonte di energia. Tra i tre tipi conosciuti (acidofili, neutrofili e alcalifili), il genere più studiato è Aciditiobacillus, che trova applicazione nel campo biominerario2.

L'Acidithiobacillus può sopravvivere a un pH di 0,5 per consentire la fornitura diretta di CO2 dai gas di scarico come fonte di carbonio. I test su scala di laboratorio hanno mostrato un ulteriore vantaggio nella rimozione degli ossidi di zolfo (SOx) e di una piccola quantità di ossidi di azoto (NOx) attraverso il bioreattore (Figura 1 supplementare). La crescita microbica è attiva anche ad alte concentrazioni (14-15%) di soluzione di ammoniaca e viene utilizzata come regolatore del pH, rendendola adatta alla produzione di solfato di ammonio biologico (BAS). In un sistema di coltura ottimizzato con reattore a serbatoio agitato continuo (Fig. 1a,b), l'uso di biozolfo come fonte di energia porta a un tasso di conversione di CO2 di 8,8–10,4 g/L/D e una produzione di solfato di ammonio di 28–65 g /L. Il tasso di conversione della CO2 era leggermente inferiore (5,6–6,3 g/L/D) quando veniva utilizzato lo zolfo chimico come fonte di energia, probabilmente perché lo zolfo chimico ha particelle grandi e idrofobe che sono relativamente difficili da assorbire da parte dei batteri. Al contrario, le particelle di biozolfo sono piccole e idrofile. Il SOB utilizzato in questo studio era il ceppo AZ11 isolato dal terreno per l'eliminazione di H2S da Lee et al.3 L'analisi della sequenza del DNA cromosomico ha mostrato che AZ11 è una nuova specie con meno dell'82% di omologia con le specie note di Acidithiobacillus (Figura 2 supplementare) . Il tasso di conversione della CO2 utilizzando questa nuova specie è stato da sei a sette volte superiore a quello dei cianobatteri più noti, indicando un tasso più veloce rispetto a qualsiasi altro ceppo segnalato nel sistema biologico continuo di conversione della CO24.

Conversione diretta della CO2 da parte di batteri solforati e sua applicazione in diversi settori. (a) Condizioni di coltura ottimizzate su scala di laboratorio. (b) Tasso di conversione della CO2 dei batteri solforati (SOB) in un reattore continuo con serbatoio agitato (CSTR). (c) Un sistema di ciclo del carbonio proposto nell'industria petrolchimica e (d) nell'industria della digestione anaerobica. Le frecce nere indicano il sistema convenzionale e le frecce verdi tratteggiate indicano i nuovi processi.