האם אפשר לגייס חיידקים כדי להמיר את גז החממה פחמן דו-חמצני לחומרים מועילים?
משבר האקלים הוא האתגר הגדול ביותר שעומד כיום בפני האנושות. הדרך לבלימת התחממות כדור הארץ ומעבר לקיום בר-קיימא ארוכה וקשה, וכיום כבר ברור שהתייעלות אנרגטית והתבססות על מקורות אנרגיה מתחדשים פשוט אינן מספיקות כדי לעמוד ביעדים שיגבילו את התחממות כדור הארץ. כדי לעמוד ביעדים האלו עלינו לסלק באופן אקטיבי מיליארדי טונות של פחמן דו-חמצני ישירות מהאטמוספרה. אבל מה עושים עם כל הפחמן הדו-חמצני הזה? מחקר שהתפרסם בכתב העת המדעי Nature Synthesis מציע להיעזר בחיידקים כדי להמיר פחמן דו-חמצני לדלקים ידידותיים לסביבה ולחומרים מועילים אחרים.
מפעלים לסילוק פחמן דו-חמצני
ברחבי העולם כבר פועלים מפעלי ענק שמטרתם ללכוד פחמן דו-חמצני ישירות מהאוויר, ומפעלים נוספים מוקמים כעת. המפעל הגדול ביותר הפועל כיום נמצא באיסלנד ולוכד כ-4,000 טונות פחמן דו-חמצני מדי שנה ישירות מהאוויר. חברת סטארט-אפ (הזנק) שווייצרית, האחראית לטכנולוגיה ללכידת הגז, משתפת פעולה עם חברה איסלנדית האחראית לקיבוע הפחמן הדו-חמצני שנלכד בצורת סלעים המכילים מינרלים פחמניים. זאת באמצעות אנרגיה ירוקה ממקורות גיאותרמיים, כלומר אנרגיה המופקת באמצעות חום שמקורו בקרקע.
קיבוע הפחמן הדו-חמצני במינרלים הנמצאים בסלעים משיג את המטרה העיקרית, שהיא הקטנת ריכוזו של גז החממה הזה באטמוספרה. אבל סלעים יש לנו בשפע. מה אם נוכל להשתמש בפחמן דו-חמצני כחומר גלם לייצור מוצרים שימושיים? אם אכן נלכוד מיליארדי טונות של פחמן דו-חמצני בעשרות השנים הקרובות, מחובתנו להתייחס אל הגז כאל משאב ולמצוא לו שימושים.
ברחבי העולם כבר נעשים מאמצים לפתח טכנולוגיות חדשניות כדי להמיר את הפחמן הדו-חמצני לדלקים, לחומרים כימיים שימושיים כמו אתאנול או אצטילן ואפילו לפלסטיקים, כדי למזער את ייצור הפלסטיק ממוצרי נפט גולמי. עיקר תשומת הלב מופנית כיום לפיתוח תהליכים כימיים שיאפשרו המרה יעילה של הגז לחומרים שימושיים, אבל ייתכן שבעתיד דווקא חיידקים הם שיאפשרו את הגשמת החזון הזה.
החיידקים הכחוליים (ציאנובקטריה), יודעים להשתמש באנרגיית אור השמש כדי לקבע פחמן דו-חמצני. | צילום: MAREK MIS / SCIENCE PHOTO LIBRARY
פס ייצור ביוכימי במבחנת חיידקים
סוגים מסוימים של חיידקים, שהקבוצה הידועה ביותר מביניהם היא קבוצת החיידקים הכחוליים (ציאנובקטריה), יודעים להשתמש באנרגיית אור השמש כדי לקבע פחמן דו-חמצני ולהפוך אותו לסוכרים בתהליך הנקרא פוטוסינתזה. מעריכים כי לפני כמה מיליארדי שנים, פוטוסינתזה שביצעו חיידקים כאלה הגדילה מאוד את ריכוז החמצן באטמוספרה, וכך התאפשרה אבולוציה של יצורים חיים המנצלים את החמצן להפקת אנרגיה. כל צורות החיים נושמות החמצן כיום, כולל אותנו, הן צאצאיות של היצורים האלו.
אז איך אפשר להשתמש ביכולת של חיידקים לקבע פחמן דו-חמצני כדי לבלום את התחממות כדור הארץ? חוקרים במעבדה הלאומית האמריקאית לאנרגיה מתחדשת (NREL) מציעים להשתמש בגרסה משופרת של תסיסה חיידקית כדי להפוך פחמן דו-חמצני לחומרי גלם שיאפשרו לייצר דלקים ידידותיים לסביבה. סוג אחד של תסיסה חיידקית הוא פירוק של סוכרים שונים לפחמן דו-חמצני ולאלכוהול, תהליך המשמש אותנו להכנת משקאות אלכוהוליים. פה, לעומת זאת, מדובר בסוג אחר של תסיסה חיידקית, שבו החיידקים קושרים פחמן דו-חמצני למולקולה אחרת הקיימת בתא ומתקבלת מולקולה עתירת אנרגיה ושימושית ביותר בשם אצטיל קואנזים A.
אבל התהליך הטבעי אינו מתאים לקיבוע פחמן בקנה מידה תעשייתי בגלל עלויות גבוהות ונצילות נמוכה יחסית. לכן נעזרו החוקרים במודל ממוחשב מתוחכם כדי לפתח תהליך חדש לחלוטין של קיבוע פחמן בחיידקים. בעזרת שורה של מניפולציות גנטיות, הם הצליחו לגרום לחיידקים לבצע תהליך אחר, המבוסס על שני תהליכי ייצור מעגליים חדשים. החוקרים מעריכים ששילוב החיידקים המהונדסים גנטית עם חיידקים מקבעי פחמן רגילים יכול להביא לשיפור גדול במהירות ובניצולת של המרת פחמן דו-חמצני, ולאפשר בעתיד יישומים בקנה מידה תעשייתי.
אמנם, עדיין יש פער גדול בין הפיתוח הנוכחי ובין מציאות שבה אנחנו לוכדים כמויות אדירות של פחמן דו-חמצני ונעזרים בחיידקים כדי להמיר את הגז לדלקים או לחומרים כימיים מועילים. אבל הממצאים הראשוניים מבטיחים, והמציאות האקלימית מחייבת אותנו לחשוב מחוץ לקופסה ולבדוק בדחיפות כל טכנולוגיה שיש לה פוטנציאל להועיל.
