炭素を岩に変える:新しいアプローチ
この方法は微生物を使ってCO2を固体の岩に変えるんだ。
Joseph J. Lee, Luke Plante, Brooke Pian, Sabrina Marecos, Sean A. Medin, Jacob D. Klug, Matthew C. Reid, Greeshma Gadikota, Esteban Gazel, Buz Barstow
― 1 分で読む
目次
みんな知ってると思うけど、地球の温度が上がってるよね。人間の活動から出る二酸化炭素(CO2)が、大気中に1兆トン以上も漂ってる。これは些細な問題じゃなくて、今私たちが直面している一番のチャレンジの一つだよ。それを解決するために、特別レポートでは毎年大量のCO2を空気から取り除く必要があるって提案されてる。注目を集めてる方法の一つは、CO2を岩に変えること。そう、聞いた通り、岩だよ!
CO2はどうやって岩になるの?
この賢いプロセスは「炭素鉱化」と呼ばれてる。ガスを固体に変える感じ。これをやるには、ウルトラマフィック岩という特定の鉱物を含む岩を使うんだ。この岩が風化すると-クッキーが時間とともに崩れるみたいに-マグネシウムイオンを放出する。これがCO2と反応して、固体のCO2であるマグネサイトができるんだ。まるで自然が炭素の瓶にコルクを突っ込むみたい!
友達の微生物からの助け
さて、ここからが面白いところで、微生物を使ってこのプロセスを加速できるんだ。特に、グルコノバクター・オキシダンスというお友達みたいな小さなバグが助けてくれる。この微生物に砂糖を与えると、ウルトラマフィック岩の鉱物を溶かす溶液を作るんだ。しかも、これが自然のプロセスよりずっと早いんだ!
CO2を捕まえるレース
もちろん、このプロセスはかなり遅くて、CO2のレベルをバランスするのに何十万年もかかるかもしれない。だから、早めに解決策が必要だよ!岩を砕くような機械的な方法を考える人もいるけど、効果的だけど高くてエネルギーを消耗するんだ。そこでG.オキシダンスの出番!この微生物は、岩から金属を効率的に引き出しつつ、CO2の貯蔵も手伝ってくれる。
金属には何があるの?
CO2を捕まえるだけじゃなくて、ウルトラマフィック岩はニッケルやコバルトのような貴重な金属も抱えてる。これらはバッテリーやその他の技術に必要なんだ。CO2の処理をしながらこれらの金属も回収できる。タコスの代わりに炭素貯蔵と金属回収の2つを同時に得るような感じだね!
抽出の課題
可能性はあるけど、岩から金属を抽出するのは簡単じゃない。伝統的な方法だと遅くてエネルギーがたくさん必要なんだ。でも、G.オキシダンスを使えば、金属をもっと早くコスト効率良く引き出せるかも。ブレンダーを使う感じで、すり鉢と杵の代わりにね。
微生物の解決策の魔法
G.オキシダンスが作る生物リキビウムはかなり魔法みたい。普通の水を使うよりも、ダユナイト-ウルトラマフィック岩の一種-からマグネシウムイオンを引き出すのがずっと上手い。なんと、たった1日で水の20倍も効果的なんだ!岩に魔法のポーションをかけて金属が溢れ出るのを想像してみて。
時間が経つと何が起こる?
でも待って、まだある!魔法のポーションをもっと長く働かせると、例えば3日や10日、抽出効率がどんどん良くなるんだ。テストでは、96時間後には水を使った場合の42倍もマグネシウムが抽出できた!ポーションを長く煮込むほど、もっと宝物が見つかるみたいだね。
甘い代替案の力
さて、砂糖の話をしよう-というか、どこからそれを得るかね。G.オキシダンスに普通のグルコースを与えるのは高くつく可能性があるから、農業廃棄物から来るリグノセルロース糖を使うことができるんだ。残り物の野菜から作ったデザートみたいなもの。おいしい選択ではないけど、安上がりでちゃんと役立つ!
ミュータント微生物が救援に
私たちもこの微生物に手を加えてるんだ。遺伝子工学を使って、金属を引き出すのがさらに得意なミュータント株のG.オキシダンスを作っちゃった。このミュータントは、いくつかの遺伝子を変えるだけで金属抽出を12%増やせる。科学がパーティーにスーパーヒーローを呼ぶなんて、誰が思いついただろう?
大局的な視点
じゃあ、これが私たちにとってどういう意味があるのか?もしこのプロセスを最適化できれば、約100ドルで1トンのCO2を隔離できるかもしれない。それって高く聞こえるけど、358,000ドルかかる方法よりはかなり安い!これが現実になれば、一つずつ岩を通じて気候問題に取り組み始められるかもしれない。
pHを忘れないで
もちろん、いつも課題がある(禁止リストにはないけど!)よね。例えば、鉱物を溶かした後の浸出液のpHは低めになりがちで、それを固体の岩に変えるには理想的じゃない。プロセスを助けるためにpHを調整する必要があるけど、少しの創意工夫で安全な化合物を使ってこれを実現する方法を見つけられるかも。
明るい未来だけど…
かなりの進展を遂げたけど、G.オキシダンスの最適化についてはまだ学ぶことがたくさんある。道がはっきりしていればいるほど、空気中の余分なCO2を取り除く大きなタスクにうまく取り組めるよ。私たちが収穫できるものを最大化しつつ、リソースコストを最小化するのがポイントだよ-結局、地球に過度な負担をかけたくないしね。
結論:岩、微生物、そしてCO2-おお、なんてこった!
まとめると、炭素を岩に変えるという気候変動への有望な方法があって、友好的な微生物に支えられてる。CO2の処理を助けるG.オキシダンスの可能性や貴重な金属を回収するチャンスは、より持続可能な未来への道を切り開くかもしれない。もし私たちが進展を続けて残りの課題を解決できれば、より涼しい地球へのしっかりした道を見つけるかもしれない。だから、岩と微生物、そしてクリーンな環境に乾杯!
タイトル: Bio-Accelerated Weathering of Ultramafic Minerals with Gluconobacter oxydans
概要: Ultramafic rocks are an abundant source of cations for CO2 mineralization (e.g., Mg) and elements for sustainability technologies (e.g., Ni, Cr, Mn, Co, Al). However, there is no industrially useful process for dissolving ultramafic materials to release cations for CO2 sequestration or mining them for energy-critical elements. Weathering of ultramafic rocks by rainwater, release of metal cations, and subsequent CO2 mineralization already naturally sequesters CO2 from the atmosphere, but this natural process will take thousands to hundreds of thousands of years to remove excess anthropogenic CO2, far too late to deal with global warming that will happen over the next century. Mechanical acceleration of weathering by grinding can accelerate cation release but is prohibitively expensive. In this article we show that gluconic acid-based lixiviants produced by the mineral-dissolving microbe Gluconobacter oxydans accelerate leaching of Mg2+ by 20x over deionized water, and that leaching of Mg, Mn, Fe, Co, and Ni further improves by 73% from 24 to 96 hours. At low pulp density (1%) the G. oxydans biolixiviant is only 6% more effective than gluconic acid. But, at 60% pulp density the G. oxydans biolixiviant is 3.2x more effective than just gluconic acid. We demonstrate that biolixiviants made with cellulosic hydrolysate are not significantly worse than biolixiviants made with glucose, dramatically improving the feedstock available for bioleaching. Finally, we demonstrate that we can reduce the number of carbon atoms in the biolixiviant feedstock (e.g., glucose or cellulosic hydrolysate) needed to release one Mg2+ ion and mineralize one atom of carbon from CO2 from 525 to 1.
著者: Joseph J. Lee, Luke Plante, Brooke Pian, Sabrina Marecos, Sean A. Medin, Jacob D. Klug, Matthew C. Reid, Greeshma Gadikota, Esteban Gazel, Buz Barstow
最終更新: 2024-11-28 00:00:00
言語: English
ソースURL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.11.25.625253
ソースPDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.11.25.625253.full.pdf
ライセンス: https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/
変更点: この要約はAIの助けを借りて作成されており、不正確な場合があります。正確な情報については、ここにリンクされている元のソース文書を参照してください。
オープンアクセスの相互運用性を利用させていただいた biorxiv に感謝します。