Biến bánh mì thừa thành “động cơ sinh học”

Với nhiều người, một ổ bánh mì khô lâu ngày thường chỉ vất đi hoặc cho chim ăn, thế nhưng nó lại trở thành nguồn nguyên liệu quý trong phòng thí nghiệm.

Nhóm nghiên cứu tại University of Edinburgh đã sử dụng đường chiết xuất từ bánh mì bỏ đi để nuôi một chủng vi khuẩn phổ biến là Escherichia coli (E. coli). Trong môi trường không có oxy, vi khuẩn này có thể tự sản sinh khí hydro, thành phần then chốt cho quá trình hydro hóa (hydrogenation).

Phản ứng hydro hóa vi sinh sử dụng hóa chất (trái) và enzym (phải) từ bánh mì.

Hydro hóa là quy trình được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất dược phẩm, nhựa, nhiên liệu và nhiều vật liệu thiết yếu khác. Tuy nhiên, quy trình này hiện phụ thuộc gần như hoàn toàn vào khí hydro có nguồn gốc từ nhiên liệu hóa thạch, vốn đòi hỏi nhiệt độ và áp suất rất cao, tiêu tốn nhiều năng lượng và phát thải lượng lớn khí carbon.

“Quá trình hydro hóa là nền tảng trụ cột của quy trình sản xuất hiện đại nhưng vẫn gắn chặt với nguồn hydro hóa thạch”, Giáo sư Stephen Wallace, chủ nhiệm bộ môn Công nghệ Sinh hóa tại Trường Khoa học Sinh học của Đại học Edinburgh, cho biết.

Để thay đổi điều này, nhóm nghiên cứu đã phát triển phương pháp “một bình” (single-flask). Trong cùng một hệ kín, vi khuẩn E. coli được nuôi bằng đường từ bánh mì để tạo hydro sinh học. Khi bổ sung một lượng nhỏ chất xúc tác kim loại palladi, phản ứng hydro hóa diễn ra ở nhiệt độ gần mức phòng, không cần đến áp suất hay nhiệt độ cực cao như các quy trình truyền thống.

Kết quả cho thấy hydro do vi sinh vật tạo ra có thể thúc đẩy thành công quá trình hydro hóa các hóa chất mục tiêu trong điều kiện ôn hòa và tiêu thụ ít năng lượng hơn đáng kể.

Điểm đột phá của phương pháp này không chỉ nằm ở việc thay thế hydro hóa thạch, mà còn ở cách tiếp cận kinh tế tuần hoàn. Thay vì để bánh mì phân hủy tại bãi rác và phát thải khí metan, chúng được tái sử dụng làm nguyên liệu đầu vào cho sản xuất hóa chất.

Theo Giáo sư Wallace, các tế bào sống có thể trực tiếp cung cấp nguồn hydro cần thiết, sử dụng chất thải làm nguyên liệu và thậm chí có khả năng mang lại giá trị “carbon âm”, cắt giảm lượng lớn khí nhà kính phát sinh.

Quan trọng hơn, công nghệ này không chỉ giới hạn trong lĩnh vực thực phẩm. Hydro hóa đóng vai trò trung tâm trong sản xuất dược phẩm, hóa chất tinh khiết và vật liệu công nghiệp. Việc thay thế hydro hóa thạch bằng hydro vi sinh có thể mở ra cơ hội sản xuất quy mô lớn theo hướng bền vững.

Hướng tới tương lai xanh

Nhóm nghiên cứu đang tiếp tục phát triển công nghệ với mục tiêu loại bỏ hoàn toàn nhu cầu sử dụng chất xúc tác kim loại trong quy trình. Nếu thành công, đây có thể trở thành nền tảng cho một cuộc cách mạng công nghiệp xanh tại Vương quốc Anh và nhiều quốc gia khác.

Công trình nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Nature Chemistry ngày 23/2, thu hút sự quan tâm lớn của cộng đồng khoa học và doanh nghiệp trong bối cảnh toàn cầu đang tìm kiếm giải pháp giảm phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch.

Từ một mẩu bánh mì bị lãng quên, các nhà khoa học đã mở ra viễn cảnh về một mô hình sản xuất hóa chất sạch hơn, tiết kiệm năng lượng hơn và có thể góp phần định hình tương lai bền vững cho ngành công nghiệp hiện đại.