Uma bactéria

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 10236 (2022) Citar este artigo

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Alcançar a neutralidade carbónica requer uma variedade de abordagens tecnológicas. No presente estudo, confirmamos a aplicabilidade de um sistema de ciclo do carbono em diversos campos industriais utilizando bactérias oxidantes de enxofre. Este sistema produz um fertilizante de nitrogênio, que diminui as emissões de carbono através da reciclagem de poluentes H2S e NH3 lançados na atmosfera ou em águas residuais. Deve ser considerado nos campos industriais como uma estratégia de redução de carbono.

A redução dos gases com efeito de estufa é, sem dúvida, uma tarefa que deve ser empreendida por todos nesta era para o avanço contínuo da humanidade. Numerosos estudos investigaram formas de alcançar um ciclo virtuoso do carbono através da reciclagem do CO2, o gás com efeito de estufa com maior emissão, para substituir os produtos convencionais à base de petróleo. Essas tecnologias de conversão de CO2 estão amplamente divididas em conversão química e biológica, incluindo conversão térmica catalítica, eletroquímica e fotoquímica, dependendo do método de produção de energia, sendo que esta última envolve principalmente a utilização de luz, hidrogénio e eletricidade como fonte de energia1. Esses métodos dependem principalmente do desenvolvimento tecnológico sob a condição de fornecimento de energia renovável para aproveitar a energia da luz solar, do vento e do calor geotérmico. Contudo, em regiões com um nível insuficiente de energias renováveis, existe um limite à utilização de tais tecnologias para diminuir as emissões de CO2.

Para superar este problema, foi proposto um novo sistema para o ciclo virtuoso do carbono, através do qual a energia química dos recursos residuais é utilizada para reduzir o CO2 e produzir sulfato de amónio ecológico. O sistema é baseado em uma tecnologia central que aplica bactérias oxidantes de enxofre (SOB), quimiolitotróficos que fixam CO2 através da via cbb usando enxofre reduzido como fonte de energia. Entre os três tipos conhecidos (acidófilos, neutrófilos e alcalófilos), o gênero mais estudado é o Acidithiobacillus, que é aplicado na área de biomineração2.

Acidithiobacillus pode sobreviver a um pH de 0,5 para permitir o fornecimento direto de CO2 do gás de combustão como fonte de carbono. Testes em escala de laboratório mostraram um benefício adicional na remoção de óxidos de enxofre (SOx) e uma pequena quantidade de óxidos de nitrogênio (NOx) através do biorreator (Figura 1 suplementar). O crescimento microbiano é ativo mesmo em alta concentração (14–15%) de solução de amônia e é usado como regulador de pH, tornando-o adequado para a produção de sulfato de amônio biológico (BAS). Em um sistema de cultura de reator de tanque agitado contínuo otimizado (Fig. 1a, b), o uso de bioenxofre como fonte de energia leva a uma taxa de conversão de CO2 de 8,8–10,4 g/L/D e produção de sulfato de amônio de 28–65 g /EU. A taxa de conversão de CO2 foi ligeiramente inferior (5,6-6,3 g/L/D) quando o enxofre químico foi utilizado como fonte de energia, possivelmente porque o enxofre químico tem partículas grandes e hidrofóbicas que são relativamente difíceis de serem absorvidas pelas bactérias. Em contraste, as partículas de bioenxofre são pequenas e hidrofílicas. O SOB utilizado neste estudo foi a cepa AZ11 isolada do solo para eliminação de H2S por Lee et al.3 A análise da sequência de DNA cromossômico mostrou que AZ11 é uma nova espécie com menos de 82% de homologia com espécies conhecidas de Acidithiobacillus (Figura 2 suplementar) . A taxa de conversão de CO2 utilizando esta nova espécie foi seis a sete vezes superior à das cianobactérias mais conhecidas, indicando uma taxa mais rápida do que qualquer outra estirpe relatada no sistema biológico contínuo de conversão de CO24.

Conversão direta de CO2 por bactérias oxidantes de enxofre e sua aplicação em diferentes indústrias. (a) Condições de cultura otimizadas em escala laboratorial. (b) Taxa de conversão de CO2 de bactérias oxidantes de enxofre (SOB) em reator de tanque agitado contínuo (CSTR). (c) Um sistema de ciclo do carbono proposto na indústria petroquímica e (d) na indústria de digestão anaeróbica. As setas pretas indicam o sistema convencional e as setas verdes pontilhadas indicam os novos processos.