സസ്യങ്ങളെ പുനരുപയോഗ ഊർജ സ്രോതസ്സാക്കി മാറ്റുന്നതിനുള്ള ചെലവ് കുറഞ്ഞ മാർഗം

ബയോ എഞ്ചിനീയറിംഗ് ബാക്ടീരിയകൾക്ക് പുനരുപയോഗിക്കാവുന്നതിൽ നിന്ന് ചെലവ് കുറഞ്ഞ രാസവസ്തുക്കൾ / പോളിമറുകൾ നിർമ്മിക്കാൻ കഴിയുന്ന ഒരു പുതിയ സാങ്കേതികവിദ്യ ശാസ്ത്രജ്ഞർ കാണിച്ചുതന്നു. ചെടി ഉറവിടങ്ങൾ

ലിഗ്നിൻ എല്ലാ വരണ്ട ഭൂമിയിലെ സസ്യങ്ങളുടെയും സെൽ മതിലിൻ്റെ ഘടകമായ ഒരു വസ്തുവാണ്. സെല്ലുലോസിന് ശേഷം ഏറ്റവും സമൃദ്ധമായ പ്രകൃതിദത്ത പോളിമറാണിത്. കാർബോഹൈഡ്രേറ്റ് അടങ്ങിയിട്ടില്ലാത്ത സസ്യങ്ങളിൽ കാണപ്പെടുന്ന ഒരേയൊരു പോളിമർ ഈ പദാർത്ഥമാണ് (പഞ്ചസാര) മോണോമറുകൾ. ലിഗ്നോസെല്ലുലോസ് ബയോപോളിമറുകൾ സസ്യങ്ങൾക്ക് ആകൃതിയും സ്ഥിരതയും ശക്തിയും കാഠിന്യവും നൽകുന്നു. ലിഗ്നോസെല്ലുലോസ് ബയോപോളിമറുകൾ മൂന്ന് പ്രധാന ഘടകങ്ങൾ ഉൾക്കൊള്ളുന്നു: സെല്ലുലോസും ഹെമിസെല്ലുലോസും ഒരു ചട്ടക്കൂട് ഉണ്ടാക്കുന്നു, അതിൽ ലിഗ്നിൻ ഒരു തരം കണക്ടറായി സംയോജിപ്പിച്ച് സെൽ മതിലിനെ ദൃഢമാക്കുന്നു. സെൽ വാൾ ലിഗ്നിഫിക്കേഷൻ ചെടികളെ കാറ്റിനെയും കീടങ്ങളെയും പ്രതിരോധിക്കുകയും ചീഞ്ഞഴുകുന്നതിൽ നിന്ന് സഹായിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. ലിഗ്നിൻ ഒരു വിശാലവും എന്നാൽ ഉപയോഗശൂന്യവുമായ പുനരുപയോഗ ഊർജ്ജ വിഭവമാണ്. ലിഗ്നോസെല്ലുലോസ് ബയോമാസിൻ്റെ 30 ശതമാനം വരെ പ്രതിനിധീകരിക്കുന്ന ലിഗ്നിൻ ഉപയോഗശൂന്യമായ ഒരു നിധിയാണ് - കുറഞ്ഞത് ഒരു കെമിക്കൽ വീക്ഷണകോണിൽ നിന്നെങ്കിലും. പെയിൻ്റ്, കൃത്രിമ നാരുകൾ, രാസവളങ്ങൾ, ഏറ്റവും പ്രധാനമായി പ്ലാസ്റ്റിക് തുടങ്ങിയ വ്യത്യസ്ത ഉൽപ്പന്നങ്ങൾ സൃഷ്ടിക്കുന്നതിന് രാസ വ്യവസായം പ്രധാനമായും കാർബൺ സംയുക്തങ്ങളെ ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നു. ഈ വ്യവസായം സസ്യ എണ്ണ, അന്നജം, സെല്ലുലോസ് തുടങ്ങിയ ചില പുനരുൽപ്പാദിപ്പിക്കാവുന്ന വിഭവങ്ങൾ ഉപയോഗിക്കുന്നു, എന്നാൽ ഇത് എല്ലാ സംയുക്തങ്ങളുടെയും 13 ശതമാനം മാത്രമാണ്.

ലിഗ്നിൻ, ഉൽപന്നങ്ങൾ നിർമ്മിക്കുന്നതിനുള്ള പെട്രോളിയത്തിന് ഒരു വാഗ്ദാനമായ ബദൽ

വാസ്തവത്തിൽ, ലിഗ്നിൻ ഭൂമിയിലെ പുനരുൽപ്പാദിപ്പിക്കാവുന്ന ഒരേയൊരു ഉറവിടമാണ്, അതിൽ ധാരാളം സുഗന്ധ സംയുക്തങ്ങൾ അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു. ഇത് പ്രാധാന്യമർഹിക്കുന്നതാണ്, കാരണം ആരോമാറ്റിക് സംയുക്തങ്ങൾ സാധാരണയായി പുനരുൽപ്പാദിപ്പിക്കാനാവാത്ത പെട്രോളിയത്തിൽ നിന്ന് വേർതിരിച്ചെടുക്കുകയും പിന്നീട് ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കാൻ ഉപയോഗിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. പ്ലാസ്റ്റിക്, പെയിൻ്റ് മുതലായവ. അങ്ങനെ, ലിഗ്നിൻ്റെ സാധ്യത വളരെ ഉയർന്നതാണ്. പുതുക്കാനാവാത്ത ഫോസിൽ ഇന്ധനമായ പെട്രോളിയവുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ, ലിഗ്നോസെല്ലുലോസ് ഉരുത്തിരിഞ്ഞത് മരം, വൈക്കോൽ അല്ലെങ്കിൽ Miscanthus ഇവ പുനരുപയോഗിക്കാവുന്ന ഉറവിടങ്ങളാണ്. വയലുകളിലും വനങ്ങളിലും ലിഗ്നിൻ വളർത്താം, കാലാവസ്ഥയോട് പൊതുവെ നിഷ്പക്ഷത പുലർത്തുന്നു. കഴിഞ്ഞ ഏതാനും പതിറ്റാണ്ടുകളായി പെട്രോളിയത്തിന് ഗുരുതരമായ ബദലായി ലിഗ്നോസെല്ലുലോസ് കണക്കാക്കപ്പെടുന്നു. പെട്രോളിയമാണ് നിലവിൽ രാസ വ്യവസായത്തെ നയിക്കുന്നത്. പല അടിസ്ഥാന രാസവസ്തുക്കളുടെയും അസംസ്കൃത വസ്തുവാണ് പെട്രോളിയം, പിന്നീട് ഉപയോഗപ്രദമായ ഉൽപ്പന്നങ്ങൾ നിർമ്മിക്കാൻ ഉപയോഗിക്കുന്നു. എന്നാൽ പെട്രോളിയം പുനരുൽപ്പാദിപ്പിക്കാനാവാത്ത ഉറവിടമാണ്, അത് കുറഞ്ഞുവരികയാണ്, അതിനാൽ പുനരുപയോഗിക്കാവുന്ന ഉറവിടങ്ങൾ കണ്ടെത്തുന്നതിൽ ശ്രദ്ധ കേന്ദ്രീകരിക്കേണ്ടതുണ്ട്. ഇത് വളരെ പ്രതീക്ഷ നൽകുന്ന ഒരു ബദലായി തോന്നുന്നതിനാൽ ലിഗ്നിൻ ചിത്രത്തിലേക്ക് കൊണ്ടുവരുന്നു.

ലിഗ്നിൻ ഉയർന്ന ഊർജ്ജം നിറഞ്ഞതാണ്, എന്നാൽ ഈ ഊർജ്ജം വീണ്ടെടുക്കുന്നത് സങ്കീർണ്ണവും ചെലവേറിയതുമായ പ്രക്രിയയാണ്, അതിനാൽ ജൈവ ഇന്ധനം പോലും ഉത്പാദിപ്പിക്കപ്പെടുന്നു, കാരണം അന്തിമഫലം പൊതുവെ ചെലവിൽ വളരെ ഉയർന്നതാണ്, കൂടാതെ നിലവിൽ ഉപയോഗിക്കുന്ന "ഗതാഗത ഊർജ്ജം" സാമ്പത്തികമായി മാറ്റിസ്ഥാപിക്കാൻ കഴിയില്ല. ലിഗ്നിൻ വിഘടിപ്പിച്ച് വിലയേറിയ രാസവസ്തുക്കളാക്കി മാറ്റുന്നതിനുള്ള ചെലവ് കുറഞ്ഞ മാർഗങ്ങൾ വികസിപ്പിക്കുന്നതിന് നിരവധി സമീപനങ്ങൾ ഗവേഷണം ചെയ്തിട്ടുണ്ട്. എന്നിരുന്നാലും, നിരവധി പരിമിതികൾ ലിഗ്നിൻ പോലുള്ള ഒരു ടച്ച് പ്ലാന്റ് പദാർത്ഥത്തെ ഒരു ബദൽ ഊർജ്ജ സ്രോതസ്സായി ഉപയോഗിക്കുന്നതിന് പരിമിതപ്പെടുത്തിയിരിക്കുന്നു അല്ലെങ്കിൽ അത് കൂടുതൽ ചെലവ് കുറഞ്ഞതാക്കാൻ ശ്രമിക്കുന്നു. അടുത്തിടെ നടത്തിയ ഒരു പഠനം, കാര്യക്ഷമവും ഉൽപ്പാദനക്ഷമവുമായ ബയോകൺവേർഷൻ സെൽ ഫാക്ടറിയായി ബാക്ടീരിയയെ (ഇ. കോളി) വിജയകരമായി രൂപപ്പെടുത്തിയിട്ടുണ്ട്. ബാക്ടീരിയ വളരെ വേഗത്തിൽ വളരുകയും ഒന്നിലധികം തവണ വളരുകയും, കഠിനമായ വ്യാവസായിക പ്രക്രിയകളെ നേരിടാൻ അവയ്ക്ക് കഴിയും. സ്വാഭാവികമായും ലഭ്യമായ ലിഗ്നിൻ ഡിഗ്രേഡറുകളെക്കുറിച്ചുള്ള ധാരണയുമായി ഈ വിവരങ്ങൾ സംയോജിപ്പിച്ചിരിക്കുന്നു. യിൽ കൃതി പ്രസിദ്ധീകരിച്ചു നാഷണൽ അക്കാദമി ഓഫ് സയൻസ് യുഎസ്എയുടെ നടപടിക്രമങ്ങൾ.

സാൻഡിയ നാഷണൽ ലബോറട്ടറീസിലെ ഡോ സീമ സിങ്ങിൻ്റെ നേതൃത്വത്തിലുള്ള ഗവേഷക സംഘം ലിഗ്നിൻ പ്ലാറ്റ്ഫോം രാസവസ്തുക്കളാക്കി മാറ്റുന്നതിൽ നേരിടുന്ന മൂന്ന് പ്രധാന പ്രശ്നങ്ങൾ പരിഹരിച്ചു. ആദ്യത്തെ പ്രധാന തടസ്സം അതാണ് ബാക്ടീരിയ E.Coli സാധാരണയായി പരിവർത്തനത്തിന് ആവശ്യമായ എൻസൈമുകൾ ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്നില്ല. അഴുകൽ വളയത്തിലേക്ക് ഒരു "ഇൻഡ്യൂസർ" ചേർത്ത് എൻസൈമുകൾ നിർമ്മിക്കുന്നതിനുള്ള ഈ പ്രശ്നം പരിഹരിക്കാൻ ശാസ്ത്രജ്ഞർ പ്രവണത കാണിക്കുന്നു. ഈ ഇൻഡ്യൂസറുകൾ ഫലപ്രദമാണ്, പക്ഷേ വളരെ ചെലവേറിയവയാണ്, അതിനാൽ ബയോഫൈനറികൾ എന്ന ആശയത്തിൽ നന്നായി യോജിക്കുന്നില്ല. ഗവേഷകർ ഒരു ആശയം പരീക്ഷിച്ചു, അതിൽ വാനില പോലുള്ള ലിഗ്നിൻ സംയുക്തം ഒരു സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റായും എഞ്ചിനീയറിംഗ് വഴി ഒരു പ്രേരകമായും ഉപയോഗിക്കുന്നു. ബാക്ടീരിയ ഇ.കോളി ഇത് വിലയേറിയ ഒരു ഇൻഡ്യൂസറിൻ്റെ ആവശ്യകതയെ മറികടക്കും. ഗ്രൂപ്പ് കണ്ടെത്തിയതുപോലെ, വാനില ഒരു നല്ല തിരഞ്ഞെടുപ്പായിരുന്നില്ല, പ്രത്യേകിച്ചും ലിഗ്നിൻ തകർന്നാൽ വാനില വലിയ അളവിൽ ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കപ്പെടുകയും അത് ഇ.കോളിയുടെ പ്രവർത്തനത്തെ തടയാൻ തുടങ്ങുകയും ചെയ്യുന്നു, അതായത് വാനില വിഷാംശം സൃഷ്ടിക്കാൻ തുടങ്ങുന്നു. എന്നാൽ അവർ എൻജിനീയറിങ് ചെയ്തപ്പോൾ ഇത് അവർക്ക് അനുകൂലമായി പ്രവർത്തിച്ചു ബാക്ടീരിയ. പുതിയ സാഹചര്യത്തിൽ, "ലിഗ്നിൻ വാലോറൈസേഷൻ" എന്ന സങ്കീർണ്ണമായ പ്രക്രിയ ആരംഭിക്കാൻ ഇ.കോളിക്ക് വിഷാംശമുള്ള രാസവസ്തു തന്നെ ഉപയോഗിക്കുന്നു. വാനില ഉണ്ടെങ്കിൽ, അത് എൻസൈമുകളെ സജീവമാക്കുകയും ബാക്ടീരിയ വാനിലിനെ കാറ്റെകോളായി മാറ്റാൻ തുടങ്ങുകയും ചെയ്യുന്നു, ഇത് ആവശ്യമുള്ള രാസവസ്തുവാണ്. കൂടാതെ, നിലവിലെ സംവിധാനത്തിൽ സ്വയം നിയന്ത്രിക്കപ്പെടുന്നതിനാൽ വാനിലിൻ്റെ അളവ് ഒരിക്കലും വിഷ നിലയിലെത്തുന്നില്ല. മൂന്നാമത്തേതും അവസാനത്തേതുമായ പ്രശ്നം കാര്യക്ഷമതയായിരുന്നു. പരിവർത്തന സമ്പ്രദായം മന്ദഗതിയിലുള്ളതും നിഷ്ക്രിയവുമായിരുന്നു, അതിനാൽ ഗവേഷകർ മറ്റ് ബാക്ടീരിയകളിൽ നിന്ന് കൂടുതൽ ഫലപ്രദമായ ട്രാൻസ്പോർട്ടറുകളെ പരിശോധിക്കുകയും അവയെ ഇ. ഇത്തരം നൂതനമായ പരിഹാരങ്ങളിലൂടെ വിഷാംശം, കാര്യക്ഷമത പ്രശ്നങ്ങൾ എന്നിവ മറികടക്കുന്നത് ജൈവ ഇന്ധനത്തിൻ്റെ ഉൽപ്പാദനം കൂടുതൽ ലാഭകരമായ ഒരു പ്രക്രിയയാക്കാൻ സഹായിക്കും. കൂടാതെ, ഒരു ബാഹ്യ ഇൻഡ്യൂസർ നീക്കം ചെയ്യലിനൊപ്പം ഓട്ടോ-റെഗുലേഷൻ സംയോജിപ്പിക്കുന്നത് ജൈവ ഇന്ധന നിർമ്മാണ പ്രക്രിയയെ കൂടുതൽ ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്യാൻ കഴിയും.

ലിഗ്നിൻ തകർന്നുകഴിഞ്ഞാൽ, വിലപിടിപ്പുള്ള പ്ലാറ്റ്ഫോം രാസവസ്തുക്കൾ നൽകാനോ പകരം നൈലോൺ, പ്ലാസ്റ്റിക്കുകൾ, ഫാർമസ്യൂട്ടിക്കൽസ്, പെട്രോളിയത്തിൽ നിന്ന് ഉരുത്തിരിഞ്ഞ മറ്റ് പ്രധാന ഉൽപന്നങ്ങൾ എന്നിവയിലേക്ക് പരിവർത്തനം ചെയ്യാനോ ഉള്ള കഴിവുണ്ട്. - പുനരുൽപ്പാദിപ്പിക്കാവുന്ന ഊർജ്ജ സ്രോതസ്സ്. ജൈവ ഇന്ധനത്തിനും ജൈവ ഉൽപ്പാദനത്തിനുമുള്ള ചെലവ് കുറഞ്ഞ പരിഹാരങ്ങൾ ഗവേഷണം ചെയ്യുന്നതിനും വികസിപ്പിക്കുന്നതിനുമുള്ള ഒരു ചുവടുവെയ്പ്പിൽ ഈ പഠനം പ്രസക്തമാണ്. ബയോ എഞ്ചിനീയറിംഗ് സാങ്കേതികവിദ്യ ഉപയോഗിച്ച് നമുക്ക് വലിയ അളവിൽ പ്ലാറ്റ്ഫോം രാസവസ്തുക്കളും മറ്റ് നിരവധി പുതിയ ഉൽപ്പന്നങ്ങളും ഉത്പാദിപ്പിക്കാൻ കഴിയും, ബാക്ടീരിയ ഇ.കോളി മാത്രമല്ല, മറ്റ് മൈക്രോബയൽ ഹോസ്റ്റുകളും. രചയിതാക്കളുടെ ഭാവി ഗവേഷണം ഈ ഉൽപ്പന്നങ്ങളുടെ സാമ്പത്തിക ഉൽപ്പാദനം പ്രകടിപ്പിക്കുന്നതിൽ ശ്രദ്ധ കേന്ദ്രീകരിക്കും. ഈ ഗവേഷണം ഊർജ ഉൽപ്പാദന പ്രക്രിയകളിലും ഹരിത ഉൽപന്നങ്ങൾക്കുള്ള സാധ്യതകളുടെ വ്യാപ്തി വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിലും വലിയ സ്വാധീനം ചെലുത്തുന്നു. സമീപഭാവിയിൽ ലിഗ്നോസെല്ലുലോസ് തീർച്ചയായും പെട്രോളിയത്തിന് പകരം വയ്ക്കണം എന്ന് രചയിതാക്കൾ അഭിപ്രായപ്പെടുന്നു.

***

ഉറവിടം (ങ്ങൾ)

Wu W et al. 2018. ലിഗ്നിൻ മൂല്യവൽക്കരണത്തിനായുള്ള ഓട്ടോറെഗുലേറ്ററി സംവിധാനത്തോടുകൂടിയ എഞ്ചിനീയറിംഗ് ഇ.കോളിയിലേക്ക്', നാഷണൽ അക്കാഡമി ഓഫ് സയൻസിന്റെ പ്രൊസീഡിങ്ങുകൾ. 115(12) https://doi.org/10.1073/pnas.1720129115

***