Επιστήμονες στην Κίνα κατάφεραν να πολλαπλασιάσουν την απόδοση μιας καινοτόμου μεθόδου που μετατρέπει το διοξείδιο του άνθρακα σε άμυλο, αυξάνοντάς την πάνω από 10 φορές. Αυτή η εξέλιξη ανοίγει τον δρόμο για βιομηχανική παραγωγή αμύλου χωρίς την ανάγκη γεωργικών καλλιεργειών, κάτι που θα μπορούσε να φέρει επανάσταση σε διάφορους κλάδους.
Το 2021, ερευνητές από το Ινστιτούτο Βιομηχανικής Βιοτεχνολογίας της Τιαντζίν (TIB), υπό την Κινεζική Ακαδημία Επιστημών (CAS), παρουσίασαν την πρώτη παγκοσμίως μέθοδο σύνθεσης αμύλου από διοξείδιο του άνθρακα, με τη βοήθεια ενζύμων. Στη δημοσίευσή τους στο επιστημονικό περιοδικό Science, ανέφεραν τότε ότι η μέθοδος τους μπορούσε να παράγει το σύνθετο υδατάνθρακα 8,5 φορές ταχύτερα από τη φυσική σύνθεση αμύλου στο καλαμπόκι.
Πέντε χρόνια αργότερα, οι ερευνητές κινούνται προς την εμπορική διάθεση της τεχνικής, καθιστώντας την φθηνότερη και πιο αποτελεσματική. Πρόσφατες βελτιώσεις αύξησαν την παραγωγή αμύλου στο δεκαπλάσιο σε σύγκριση με το 2021, όπως ανέφερε την Παρασκευή η εφημερίδα China Science Daily, που ανήκει στην CAS.
«Είναι δύσκολο να πας από το μηδέν στο ένα, είναι δύσκολο να μειώσεις το κόστος, και είναι ακόμα πιο δύσκολο να επιτύχεις τελικά βιομηχανική εφαρμογή», δήλωσε στην China Science Daily ο Cai Tao, καθηγητής στο TIB και επικεφαλής της προσπάθειας. «Παρόλα αυτά, πρέπει να ανταποκριθούμε στην πρόκληση».
Το βιομηχανικό άμυλο χρησιμοποιείται ως πρόσθετο σε τρόφιμα, υφάσματα, κόλλες και φαρμακευτικά προϊόντα. Η κύρια πηγή παραγωγής του είναι το καλαμπόκι, λόγω της υψηλής απόδοσης και της οικονομικής του αποδοτικότητας. Ωστόσο, η παραγωγή αμύλου από καλαμπόκι επιβαρύνει σημαντικά το περιβάλλον, καθώς απαιτείται τεράστια ποσότητα νερού, λιπάσματος και γης για την καλλιέργειά του.
Το 2021, ο επικεφαλής συγγραφέας Cai είχε δηλώσει στο κρατικό δίκτυο CCTV ότι η νέα τους μέθοδος μπορούσε να παράγει άμυλο σε εργαστήριο μέσα σε λίγες ώρες – μια διαδικασία που στη φύση διαρκεί μήνες. Ο Cai είχε προσθέσει ότι η παραγωγή αμύλου σε ένα βιοαντιδραστήρα 1 κυβικού μέτρου θα μπορούσε θεωρητικά να ισοδυναμεί με την ετήσια παραγωγή ενός τρίτου του εκταρίου καλαμποκιού, χωρίς να συνυπολογιστεί η κατανάλωση ενέργειας.
Τα φυτά αξιοποιούν το ηλιακό φως για να μετατρέψουν το διοξείδιο του άνθρακα και το νερό σε άμυλο και άλλες σύνθετες ζάχαρες, απαραίτητες για την ανάπτυξη και επιβίωσή τους, μέσω της φωτοσύνθεσης. Η μέθοδος της ομάδας χρησιμοποιεί έναν καταλύτη για να μετατρέψει το διοξείδιο του άνθρακα σε μεθανόλη, την οποία στη συνέχεια τα ένζυμα μεταμορφώνουν σε μονάδες ζάχαρης και, τελικά, σε άμυλο με δομή πανομοιότυπη με τη φυσική μορφή.
Σε δημοσίευσή τους τον περασμένο Μάιο στο επιστημονικό περιοδικό Science Bulletin, η ίδια ομάδα ανέφερε ότι ορισμένες πλατφόρμες βιοσύνθεσης αμύλου επέτυχαν 3,5 φορές υψηλότερη ενεργειακή απόδοση και ρυθμούς σύνθεσης έως και 23 φορές ταχύτερους από τα φυσικά φυτικά συστήματα.
Το 2022, το TIB ίδρυσε ένα κέντρο έρευνας τεχνητού αμύλου για να επιταχύνει τη βιομηχανική εφαρμογή της μεθόδου σύνθεσης αμύλου, σύμφωνα με την China Science Daily. Για τη βιομηχανική παραγωγή, η μέθοδος της ομάδας πρέπει να ανταγωνιστεί το κόστος του γεωργικού αμύλου, με βελτιώσεις στα περισσότερα από 10 ένζυμα που εμπλέκονται να είναι καίριας σημασίας.
Αυτό περιλαμβάνει ένα βασικό ένζυμο που αποτελεί το ήμισυ της ποσότητας στο σύστημα αντίδρασης, το οποίο ο Cai χαρακτήρισε «εξαιρετικά επίμονο». «Επί του παρόντος, η δραστηριότητα αυτού του ενζύμου έχει βελτιωθεί σημαντικά σε σχέση με το 2021», δήλωσε ο Cai στην China Science Daily την Παρασκευή. «Αυτό σημαίνει ότι η χρήση του στο σύνολο του συστήματος αντίδρασης θα μειωθεί σημαντικά, και το κόστος του ενζύμου θα μειωθεί περαιτέρω».
Η ομάδα του εργάζεται επίσης για την ενίσχυση της σταθερότητας των ενζύμων, αναζητώντας τα καλύτερα μεταλλάγματα με τη βοήθεια τεχνητής νοημοσύνης – γεγονός που καθιστά τη διαδικασία λιγότερο χρονοβόρα – καθώς και καθιστώντας τα ένζυμα επαναχρησιμοποιήσιμα. «Η βιομηχανοποίηση ήταν η αρχική μας ιδέα και ο τελικός μας στόχος. Η αρχική ανάβαση ήταν τόσο δύσκολη, πώς θα μπορούσαμε να τα παρατήσουμε στη μέση;» δήλωσε ο ιδρυτής διευθυντής του TIB, Ma Yanhe, στην China Science Daily.
Επιπλέον, στη δημοσίευσή τους τον Μάιο, οι ερευνητές παρουσίασαν μια μέθοδο για τη μετατροπή της μεθανόλης σε λευκή ζάχαρη, η οποία θα μπορούσε να εξαλείψει την ανάγκη καλλιέργειας ζαχαροκάλαμου ή ζαχαρότευτλων. Η CAS έχει ξεκινήσει μια «πρωτοβουλία σταθεροποίησης και βιομετατροπής του διοξειδίου του άνθρακα» για να διερευνήσει τη «σοφία της εξέλιξης» των μονοπατιών δέσμευσης άνθρακα και να συμβάλει στην ανάπτυξη τεχνητών συστημάτων. Τον περασμένο Οκτώβριο, ένα συμπόσιο που φιλοξένησε το TIB στο πλαίσιο της πρωτοβουλίας εγκαινίασε ένα διεθνές επιστημονικό πρόγραμμα και παγκόσμιο ερευνητικό ταμείο για τη βιομετατροπή του διοξειδίου του άνθρακα, σύμφωνα με την CAS.
