Chimiștii au realizat recent o metodă inovatoare de producere a hidrogenului, utilizând firimituri provenite din risipa alimentară. Procesul combină fermentația bacteriană cu cataliza metalică, transformând deșeurile de pâine în sursă valoroasă de hidrogen, o alternativă mai durabilă comparativ cu metodele tradiționale bazate pe combustibili fosili. Studiul, publicat în revista Nature Chemistry, indică faptul că această tehnologie poate avea un impact semnificativ asupra industriei chimice și asupra reducerii emisiilor de gaze cu efect de seră.
De ce este nevoie de alternative pentru producția de hidrogen
Hidrogenul are un rol central în fabricația de alimente, plastic și medicamente, fiind un element esențial pentru reacțiile chimice din aceste industrii. În prezent, majoritatea surselor de hidrogen sunt obținute din combustibili fosili, într-un proces poluant și energivor, care contribuie la creșterea nivelului de dioxid de carbon în atmosferă. Găsirea unor metode mai „verzi” pentru producția acestuia devine astfel o prioritate pentru cercetători și industria chimică.
Cercetările au fost orientate spre învățarea de la natură, unde anumite bacterii produc hidrogen în mod natural în mediul anaerobic. Aceste organisme eliberează hidrogen atunci când digeră carbohidrați, un proces pe care oamenii îl pot exploata pentru a crea soluții mai sustenabile, fără risipă și cu un impact redus asupra mediului.
„Principala provocare a fost găsirea unui catalizator care să funcționeze într-un sistem viu, în apă, la temperaturi moderate și fără a afecta celulele”, a explicat Stephen Wallace, unul dintre cercetători. Acesta a menționat că echilibrul dintre stabilitatea catalizatorului și activitatea biologică a microorganismelor a fost o componentă critică în dezvoltarea tehnologiei.
Echipa a folosit bacterii de tip E. coli, cultivându-le într-un mediu cu glucoză, împreună cu un catalizator pe bază de paladiu. În condiții de absență a oxigenului, la temperatura de 37°C, reacția a avut loc pe parcursul a 24 de ore, obținând un randament de 94%. Hidrogenul produs a fost imediat capturat și consolidat cu ajutorul catalizatorului metalic, rezultând o reacție eficientă.
Firimiturile, o soluție economică și sustenabilă
Pentru a face procesul mai sustenabil, cercetătorii au înlocuit glucoza cu resturi de pâine, reprezentând o sursă ieftină și abundentă de carbohidrați. Microbii au fost modificați genetic pentru a descompune enzimatic aceste firimituri, eliberând glucoză utilizabilă pentru bacterii. Astfel, s-a creat un sistem în care deșeurile alimentare sunt transformate în hidrogen, reducând semnificativ emisiile de gaze cu efect de seră.
Rezultatele indica o reducere de trei ori a emisiilor comparativ cu procesele tradiționale bazate pe combustibili fosili, iar impactul asupra încălzirii globale a fost estimat la peste 135% mai scăzut. Această metodă demonstrează că reutilizarea firimiturilor poate avea un rol esențial în tranziția către o industrie chimică mai curată și mai sustenabilă.
Chiar dacă tehnologia nu este încă la nivelul eficienței industriei petrochimice, cercetătorii continuă să extindă varietățile de deșeuri biologice utilizabile și să îmbunătățească stabilitatea catalizatorilor. În plus, se lucrează și la optimizarea microorganismelor modificate genetic pentru a spori randamentul și pentru a putea folosi surse alternative de deșeuri alimentare și biologice.
Stephen Wallace a precizat că, deși metoda funcționează cel mai bine pentru molecule simple, pentru a fi viabilă industrial, trebuie să fie adaptată și îmbunătățită. Dezvoltarea catalizatorilor mai stabili și accesibili reprezintă următoarea etapă a cercetărilor.
În prezent, metodele bazate pe această tehnologie experimentală sunt încă în faza de cercetare, însă rezultatele arată un potențial important pentru reducerea dependenței de combustibili fosili. Cercetătorii planifică să extindă studiile, astfel încât în următorii ani să fie gata pentru aplicații industriale la scară largă.
