Các nhà khoa học Trung Quốc đã phát triển một phương pháp biến cồn methanol thành đường trắng (sucrose), mở ra khả năng chuyển đổi khí CO₂ thu giữ từ khí quyển thành thực phẩm.
Hệ thống biến đổi sinh học (biotransformation) của nhóm nghiên cứu có thể tạo ra đường sucrose mà không cần trồng mía hay củ cải đường – những loại cây trồng tiêu tốn diện tích đất và tài nguyên nước rất lớn.
Phương pháp của họ cho phép chuyển hóa methanol – có thể được chiết xuất từ chất thải công nghiệp hoặc tạo ra từ việc hydro hóa khí CO₂ – thành đường sucrose nhờ sử dụng enzyme. Hệ thống này cũng có thể tạo ra các carbohydrate phức tạp khác như fructose và tinh bột.
“Việc chuyển hóa nhân tạo CO₂ thành thực phẩm và hóa chất là một chiến lược đầy hứa hẹn để đồng thời giải quyết các thách thức về môi trường và dân số, đồng thời góp phần vào mục tiêu trung hòa carbon”, nhóm nghiên cứu viết trong một bài báo công bố trên tạp chí khoa học Science Bulletin vào tháng 5.
Việc khử CO₂ thành các phân tử đơn giản hơn đã được chứng minh là hiệu quả. Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu lưu ý rằng việc tổng hợp các carbohydrate chuỗi dài – thành phần phong phú nhất trong tự nhiên – vẫn là một thách thức khoa học lớn.
“Biến đổi sinh học in vitro (ivBT) đang nổi lên như một nền tảng đầy hứa hẹn cho sản xuất sinh học bền vững”, nhóm nghiên cứu tại Viện Công nghệ Sinh học Công nghiệp Thiên Tân (thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc - CAS) viết. “Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã thiết kế và triển khai thành công hệ thống ivBT để tổng hợp sucrose từ các phân tử carbon thấp”.
Sucrose, hay còn gọi là đường trắng, hiện chủ yếu được sản xuất từ cây mía ở vùng nhiệt đới (như Đông Nam Á), và từ củ cải đường ở các vùng lạnh phía Bắc.
Dù Trung Quốc có điều kiện trồng cả mía lẫn củ cải đường, quốc gia này vẫn tiêu thụ khoảng 15 triệu tấn đường mỗi năm, trong đó 5 triệu tấn phải nhập khẩu, theo một bài viết của tạp chí Voice of the Chinese Academy of Sciences đăng tải trên WeChat.
Việc canh tác quy mô lớn hai loại cây này cần rất nhiều đất và nước, gây áp lực cho ngành nông nghiệp, đặc biệt khi dân số thế giới ngày càng tăng và biến đổi khí hậu ảnh hưởng mạnh đến mùa vụ.
Vì vậy, các nhà nghiên cứu đang nỗ lực phát triển những phương pháp tổng hợp đường sucrose quy mô lớn, hiệu quả về mặt chi phí.
Năm 2021, các nhà khoa học tại Viện Vật lý Hóa học Đại Liên thuộc CAS đã giới thiệu một phương pháp hiệu quả cao và tiết kiệm năng lượng để sản xuất methanol từ quá trình hydro hóa CO₂.
Việc khử CO₂ bằng hóa học mở ra tiềm năng sử dụng khí nhà kính này làm nguyên liệu đầu vào để sản xuất sinh học bền vững nhiều hóa chất, nhóm nghiên cứu Thiên Tân cho biết.
Nhờ áp dụng chiến lược quét đường chuyển hóa (pathway scanning) để tối ưu hệ thống, nhóm nghiên cứu đã tạo ra một quy trình phản ứng ngắn, tiết kiệm năng lượng và đạt tỷ lệ chuyển hóa lên đến 86%.
Không chỉ thành công trong việc tạo ra sucrose từ methanol lần đầu tiên, hệ thống của họ còn có thể tổng hợp tinh bột với mức tiêu thụ năng lượng thấp hơn các phương pháp trước đây.
Dựa trên nền tảng này, nhóm nghiên cứu còn mở rộng hệ thống ivBT để tổng hợp các hợp chất như fructose, amylose, amylopectin, cellobiose và cellooligosaccharide – những hợp chất hữu ích trong cả thực phẩm lẫn dược phẩm.
“Hệ thống này mang lại một con đường mới, không phụ thuộc vào cây trồng, để tổng hợp nhiều loại oligosaccharide và polysaccharide đa dạng về cấu trúc”, nhóm nghiên cứu kết luận. “Công trình này đặt nền móng cho việc phát triển các nền tảng sản xuất sinh học linh hoạt và phát thải âm trong tương lai”.
Tuy nhiên, họ cho biết vẫn cần nghiên cứu thêm để mở rộng quy mô và tăng độ ổn định của hệ thống ivBT, bao gồm việc sàng lọc enzyme hiệu quả hơn và cải thiện độ bền của toàn bộ hệ thống.
Trung Quốc xây siêu đập lớn hơn Tam Hiệp, Ấn Độ cảnh báo “bom nước”
Trung Quốc phá dỡ 300 đập thủy điện trong chiến dịch bảo tồn sông Dương Tử
