शास्त्रज्ञांनी एक नवीन तंत्रज्ञान दाखवले आहे ज्यामध्ये बायोइंजिनियर केलेले जीवाणू नूतनीकरण करण्यायोग्य पासून किफायतशीर रसायने/पॉलिमर बनवू शकतात. वनस्पती स्त्रोत
लिग्विन ही अशी सामग्री आहे जी सर्व कोरडवाहू वनस्पतींच्या सेल भिंतीचा घटक आहे. सेल्युलोज नंतर हे दुसरे सर्वात मुबलक नैसर्गिक पॉलिमर आहे. ही सामग्री वनस्पतींमध्ये आढळणारा एकमेव पॉलिमर आहे जो कर्बोदकांमधे बनलेला नाही (साखर) मोनोमर्स. लिग्नोसेल्युलोज बायोपॉलिमर वनस्पतींना आकार, स्थिरता, ताकद आणि कडकपणा प्रदान करतात. लिग्नोसेल्युलोज बायोपॉलिमरमध्ये तीन मुख्य घटक असतात: सेल्युलोज आणि हेमिसेल्युलोज एक फ्रेमवर्क बनवतात ज्यामध्ये लिग्निन एक प्रकारचे कनेक्टर म्हणून समाविष्ट केले जाते ज्यामुळे सेल भिंत मजबूत होते. सेल वॉल लिग्निफिकेशन वनस्पतींना वारा आणि कीटकांपासून प्रतिरोधक बनवते आणि त्यांना कुजण्यास मदत करते. लिग्निन हा उर्जेचा विपुल परंतु अत्यंत कमी वापर न करता येणारा अक्षय स्रोत आहे. लिग्निन जो लिग्नोसेल्युलोज बायोमासच्या 30 टक्के पर्यंत प्रतिनिधित्व करतो तो एक अप्रयुक्त खजिना आहे - किमान रासायनिक दृष्टिकोनातून. पेंट, कृत्रिम तंतू, खते आणि सर्वात महत्त्वाचे म्हणजे प्लास्टिक यांसारखी विविध उत्पादने तयार करण्यासाठी रासायनिक उद्योग मुख्यतः कार्बन संयुगांवर अवलंबून असतो. हा उद्योग वनस्पती तेल, स्टार्च, सेल्युलोज इत्यादीसारख्या काही नूतनीकरणीय संसाधनांचा वापर करतो परंतु यामध्ये सर्व संयुगांपैकी केवळ 13 टक्के समावेश होतो.
लिग्निन, उत्पादने तयार करण्यासाठी पेट्रोलियमचा एक आशादायक पर्याय
खरं तर, लिग्निन हा पृथ्वीवरील अक्षयचा एकमेव स्त्रोत आहे ज्यामध्ये मोठ्या प्रमाणात सुगंधी संयुगे आहेत. हे महत्त्वाचे आहे कारण सुगंधी संयुगे सामान्यतः नूतनीकरणीय स्रोत पेट्रोलियममधून काढली जातात आणि नंतर उत्पादनासाठी वापरली जातात. प्लास्टिक, पेंट्स इ. अशा प्रकारे, लिग्निनची क्षमता खूप जास्त आहे. नूतनीकरण न करता येणारे जीवाश्म इंधन असलेल्या पेट्रोलियमच्या तुलनेत लिग्नोसेल्युलोसेस कशापासून मिळतात लाकूड, पेंढा किंवा मिसकॅन्थस जे अक्षय स्त्रोत आहेत. लिग्निन शेतात आणि जंगलात वाढू शकते आणि सामान्यत: हवामानासाठी तटस्थ असते. गेल्या काही दशकांमध्ये पेट्रोलियमसाठी लिग्नोसेल्युलोज हा एक गंभीर पर्याय मानला जात आहे. पेट्रोलियम सध्या रासायनिक उद्योग चालवते. पेट्रोलियम हा अनेक मूलभूत रसायनांसाठी कच्चा माल आहे ज्याचा वापर नंतर उपयुक्त उत्पादने तयार करण्यासाठी केला जातो. परंतु पेट्रोलियम हा अपारंपरिक स्रोत आहे आणि तो कमी होत चालला आहे, म्हणून अक्षय स्त्रोत शोधण्यावर लक्ष केंद्रित करणे आवश्यक आहे. हे चित्रात लिग्निन आणते कारण एक अतिशय आशादायक पर्याय असल्याचे दिसते.
लिग्निन उच्च उर्जेने भरलेले आहे परंतु ही ऊर्जा पुनर्प्राप्त करणे ही किचकट आणि महाग प्रक्रिया आहे आणि त्यामुळे अंतिम परिणाम म्हणून तयार होणारे जैवइंधन देखील सामान्यतः खूप जास्त खर्चाचे असते आणि सध्या वापरात असलेल्या "वाहतूक ऊर्जा" ला आर्थिकदृष्ट्या बदलू शकत नाही. लिग्निन तोडण्याचे आणि त्याचे मौल्यवान रसायनांमध्ये रूपांतर करण्यासाठी किफायतशीर मार्ग विकसित करण्यासाठी अनेक पद्धतींवर संशोधन केले गेले आहे. तथापि, बर्‍याच मर्यादांमुळे लिग्निन सारख्या टच प्लांट पदार्थाचे पर्यायी उर्जा स्त्रोत म्हणून वापर करण्यावर प्रतिबंधित केले आहे किंवा ते अधिक किफायतशीर बनवण्याचा प्रयत्न केला आहे. नुकत्याच झालेल्या एका अभ्यासाने यशस्वीरित्या जिवाणू (ई. कोलाय) एक कार्यक्षम आणि उत्पादक बायोकन्व्हर्जन सेल फॅक्टरी म्हणून काम केले आहे. जीवाणू खूप वेगाने वाढतात आणि अनेक होतात आणि ते कठोर औद्योगिक प्रक्रियांना तोंड देण्यास सक्षम असतात. ही माहिती नैसर्गिकरीत्या उपलब्ध लिग्निन डिग्रेडर्सच्या आकलनासह एकत्रित केली गेली. मध्ये काम प्रकाशित झाले नॅशनल अॅकॅडमी ऑफ सायन्स यूएसए च्या कार्यवाही.
सांडिया नॅशनल लॅबोरेटरीजमधील डॉ सीमा सिंग यांच्या नेतृत्वाखालील संशोधकांच्या पथकाने लिग्निनचे प्लॅटफॉर्म रसायनांमध्ये रूपांतर करताना येणाऱ्या तीन मुख्य समस्यांचे निराकरण केले. पहिला मोठा अडथळा आहे तो जीवाणू E.Coli सामान्यतः रूपांतरणासाठी आवश्यक असलेले एन्झाइम तयार करत नाही. किण्वन रिंगमध्ये "प्रेरणक" जोडून एन्झाईम बनवण्याच्या या समस्येचे निराकरण करण्याकडे शास्त्रज्ञांचा कल आहे. हे इंड्युसर प्रभावी आहेत पण ते खूप महाग आहेत आणि त्यामुळे बायोरिफायनरीजच्या संकल्पनेत बसत नाहीत. संशोधकांनी एका संकल्पनेचा प्रयत्न केला ज्यामध्ये व्हॅनिला सारख्या लिग्निन व्युत्पन्न संयुगाचा वापर अभियांत्रिकीद्वारे सब्सट्रेट तसेच इंड्युसर म्हणून केला गेला. जीवाणू ई कोलाय्. हे महाग इंड्युसरची गरज सोडून देईल. जरी, गटाने शोधल्याप्रमाणे, व्हॅनिला हा चांगला पर्याय नव्हता, विशेषत: एकदा लिग्निनचे विघटन झाल्यानंतर, व्हॅनिला मोठ्या प्रमाणात तयार होतो आणि तो E.Coli चे कार्य रोखू लागतो म्हणजेच व्हॅनिला विषारीपणा निर्माण करण्यास सुरवात करतो. पण जेव्हा त्यांनी इंजिनिअर केले तेव्हा हे त्यांच्या बाजूने काम केले जीवाणू. नवीन परिस्थितीत, "लिग्निन व्हॅलॉरायझेशन" ची जटिल प्रक्रिया सुरू करण्यासाठी E.Coli साठी विषारी रसायन वापरले जाते. एकदा व्हॅनिला उपस्थित झाल्यानंतर, ते एन्झाईम सक्रिय करते आणि बॅक्टेरिया व्हॅनिलिनचे कॅटेकॉलमध्ये रूपांतर करण्यास सुरवात करतात, जे इच्छित रसायन आहे. तसेच, व्हॅनिलिनचे प्रमाण कधीही विषारी पातळीपर्यंत पोहोचत नाही कारण ते सध्याच्या प्रणालीमध्ये स्वयंचलितपणे नियंत्रित होते. तिसरी आणि शेवटची समस्या कार्यक्षमतेची होती. रूपांतरणाची प्रणाली मंद आणि निष्क्रीय होती त्यामुळे संशोधकांनी इतर जीवाणूंपासून अधिक प्रभावी वाहतूक करणाऱ्यांचा शोध घेतला आणि त्यांना ई. कोलीमध्ये इंजिनियर केले ज्याने नंतर प्रक्रियेचा वेगवान मागोवा घेतला. अशा नाविन्यपूर्ण उपायांद्वारे विषारीपणा आणि कार्यक्षमतेच्या समस्यांवर मात केल्याने जैवइंधनाचे उत्पादन अधिक किफायतशीर प्रक्रिया बनविण्यात मदत होऊ शकते. आणि, बाह्य प्रेरक काढून टाकणे आणि ऑटो-रेग्युलेशनचा समावेश केल्याने जैवइंधन बनवण्याच्या प्रक्रियेला आणखी अनुकूलता येते.
एकदा लिग्निनचे तुकडे झाले की, त्यात मौल्यवान प्लॅटफॉर्म केमिकल्स प्रदान करण्याची किंवा त्याऐवजी "देण्याची" क्षमता असते, जी नंतर नायलॉन, प्लास्टिक, फार्मास्युटिकल्स आणि इतर महत्त्वाच्या उत्पादनांमध्ये रूपांतरित केली जाऊ शकते जी सध्या पेट्रोलियमपासून बनविली जाते, हे चांगले आहे. - अक्षय ऊर्जा स्त्रोत. हा अभ्यास जैवइंधन आणि जैवउत्पादनासाठी किफायतशीर उपाय शोधण्याच्या आणि विकसित करण्याच्या दिशेने एक पाऊल म्हणून उपयुक्त आहे. जैव अभियांत्रिकी तंत्रज्ञानाचा वापर करून आम्ही प्लॅटफॉर्म रसायने आणि इतर अनेक नवीन उत्पादने मोठ्या प्रमाणात तयार करू शकतो, केवळ जिवाणू E.Coli बरोबरच नाही तर इतर सूक्ष्मजीव यजमानांसह देखील. लेखकांचे भविष्यातील संशोधन या उत्पादनांचे किफायतशीर उत्पादन प्रदर्शित करण्यावर लक्ष केंद्रित करेल. या संशोधनाचा ऊर्जा निर्मिती प्रक्रियेवर आणि हरित उत्पादनांच्या शक्यतांच्या श्रेणीच्या विस्तारावर मोठा प्रभाव पडतो. लेखकांनी टिपणी केली आहे की नजीकच्या भविष्यात लिग्नोसेल्युलोज हे निश्चितपणे पेट्रोलियमचे पूरक असले पाहिजे जर ते बदलले नाही.
***
{उद्धृत स्रोतांच्या सूचीमध्ये खाली दिलेल्या DOI लिंकवर क्लिक करून तुम्ही मूळ शोधनिबंध वाचू शकता}
स्त्रोत
Wu W et al. 2018. लिग्निन व्हॅलोरायझेशनसाठी ऑटोरेग्युलेटरी सिस्टमसह अभियांत्रिकी ई. कोलीकडे, नॅशनल अॅकॅडमी ऑफ सायन्सेसची कार्यवाही. ५(१०). https://doi.org/10.1073/pnas.1720129115
