Phát hiện loài vi khuẩn có thể thay thế nhiên liệu hóa thạch

Quá trình quang hợp tự nhiên dựa vào chất diệp lục. Cây và các sinh vật khác sử dụng sắc tố xanh để thu ánh sáng mặt trời trong suốt quá trình quang hợp nhưng phương thức này không hiệu quả mạnh.

Vi khuẩn cyborg này có khả năng quang hợp hiệu quả hơn 80% so với quang hợp thông thường Ảnh: Kelsey K. Sakimoto

Trong một nỗ lực nhằm cải thiện hiệu quả của sự quang hợp tự nhiên, Kelsey K. Sakimoto, một nhà nghiên cứu thuộc phòng thí nghiệm Peidong Yang, Đại học California, Berkeley, đã tạo ra vi khuẩn cyborg (cyborg: Sinh vật cơ khí hóa, sinh vật cơ khí, sinh vật sinh hóa, sinh vật điều khiển học hay sinh học bán cơ khí: là cụm từ để chỉ những sinh vật tồn tại cả hai phần sinh học và nhân tạo).

Vi khuẩn cyborg được huấn luyện để che phủ các tấm pin năng lượng mặt trời hiệu quả hơn chlorophyll (Chlorophyll là thành phần cực kỳ quan trọng của lá cây, chính nhờ có chlorophyll mà lá cây có được màu xanh lục đặc trưng của mình) trong việc chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành các hợp chất hữu ích.

Sakimoto phát biểu: "Thay vì dựa vào chất diệp lục kém hiệu quả để thu ánh sáng mặt trời, tôi đã dạy cho vi khuẩn cách phát triển và che phủ cơ thể của chúng bằng các tinh thể bán dẫn nano nhỏ".

Để sản xuất vi khuẩn cyborg, Sakimoto cho chúng ăn amino acid cysteine và cadmium nguyên tố. Vi khuẩn sau đó tổng hợp các hạt nano cacmi sunfua (CdS), có hiệu quả hấp thụ ánh sáng, hoạt động như tấm pin mặt trời trên bề mặt vi khuẩn.

Các sinh vật lai mới, gọi là M. thermoacetica-CdS, tạo ra acid acetic hữu ích từ năng lượng ánh sáng, nước và CO2 với tốc độ cao hơn bất kỳ nguồn quang hợp tự nhiên nào.

Nhân loại đang phải đối mặt với nhu cầu thay thế nhiên liệu hoá thạch khi hậu quả của phát thải khí nhà kính và dân số gia tăng nhanh chóng. Sự quang hợp nhân tạo không phải là một khái niệm mới nhưng một hệ thống chỉ cần ánh sáng mặt trời và các hóa chất hữu cơ đơn giản để tạo ra năng lượng tái tạo với chi phí thấp và sạch là điều mà các nhà nghiên cứu hướng đến.

Mặc dù đã có một số tiến bộ trong lĩnh vực này, nhưng cho đến nay, chưa có giải pháp nào đủ hiệu quả để đảm bảo được ứng dụng rộng rãi trong thương mại.

Tuy nhiên, vi khuẩn của Sakiomoto hoạt động hiệu quả hơn 80% và có khả năng tự nhân bản, tự tái sinh, giảm thiểu chất thải. Ông đã giải thích: "Khi được phủ các tấm pin mặt trời nhỏ này, vi khuẩn có thể tổng hợp thực phẩm, nhiên liệu và chất dẻo, tất cả đều chỉ sử dụng năng lượng mặt trời”.

Sakiomoto hy vọng các thử nghiệm có thể chứng minh cyborg là một sự thay thế khả thi cho nhiên liệu hóa thạch và giúp thế giới sản xuất năng lượng rẻ hơn và sạch hơn.

Sakimoto đã trình bày công trình nghiên cứu của mình tại Hội nghị Quốc gia và Triển lãm của Hiệp hội Hoá học Hoa Kỳ lần thứ 254 (ACS).