استفاده از زیست شناسی مصنوعی برای ایجاد جایگزین های پایدار برای فرآورده های نفتی | اخبار MIT
کاهش اتکای ما به سوخت‌های فسیلی مستلزم تغییر در نحوه ساختن چیزها است. به این دلیل که هیدروکربن های موجود در سوخت هایی مانند نفت خام، گاز طبیعی و زغال سنگ نیز در اقلام روزمره مانند پلاستیک، لباس و لوازم آرایشی وجود دارد.
اکنون Visolis که توسط Deepak Dugar SM ’11، MBA ’13, PhD ’13 تأسیس شده است، زیست شناسی مصنوعی را با کاتالیز شیمیایی ترکیب می کند تا روشی را که جهان می سازد دوباره ابداع کند – و در این فرآیند گیگاتن های انتشار گازهای گلخانه ای را کاهش می دهد.
این شرکت – که از یک میکروب برای تخمیر ضایعات زیست توده مانند تراشه‌های چوب و ایجاد یک بلوک ساختمانی مولکولی به نام اسید موالونیک استفاده می‌کند – با بهینه‌سازی فرآیندهای شیمیایی درگیر برای تولید محصولات جانبی مختلف، همه چیز را از لاستیک‌های خودرو و لوازم آرایشی گرفته تا سوخت‌های هوانوردی تولید می‌کند.
“ما شروع کردیم با [the rubber component] ایزوپرن به عنوان مولکول اصلی ما تولید می شود [from mevalonic acid]دوگار توضیح می‌دهد، اما ما پلتفرم خود را با این ترکیب منحصربه‌فرد شیمی و زیست‌شناسی گسترش داده‌ایم که به ما امکان می‌دهد زنجیره‌های تامین متعدد را به سرعت و کارآمد کربن‌زدایی کنیم. شلوار یوگای کربن منفی را تصور کنید. ما می توانیم این اتفاق بیفتد. لاستیک‌ها می‌توانند کربن منفی باشند، مراقبت شخصی می‌تواند اثر آن را کاهش دهد – و ما در حال حاضر در بخش مراقبت‌های شخصی می‌فروشیم. بنابراین در همه چیز، از مراقبت شخصی گرفته تا پوشاک و کالاهای صنعتی، پلت فرم ما کربن زدایی از تولید را امکان پذیر می کند.
“کربن منفی” اصطلاحی است که دوگار زیاد استفاده می کند. Visolis در حال حاضر با برخی از بزرگترین مصرف کنندگان ایزوپرن در جهان که پیش ساز لاستیک است، شریک شده است و اکنون دوگار می خواهد روند این شرکت را در سایر صنایع پر آلاینده ثابت کند.
دوگار توضیح می‌دهد: «فرایند ما کربن منفی است، زیرا گیاهان CO2 را از هوا می‌گیرند، و ما آن ماده گیاهی را می‌گیریم و آن را به چیزی ساختاری، مانند لاستیک مصنوعی، پردازش می‌کنیم که برای مواردی مانند سقف، لاستیک‌ها و سایر کاربردها استفاده می‌شود.» . به طور کلی، بیشتر آن مواد در پایان عمر خود بازیافت می‌شوند، به عنوان مثال در آسفالت یا جاده، یا در بدترین حالت ممکن، در محل دفن زباله قرار می‌گیرند، بنابراین CO2 که توسط ماده گیاهی جذب شده است، باقی می‌ماند. در مواد این بدان معناست که تولید ما بسته به انتشار فرآیند تولید می تواند کربن منفی باشد. این به ما این امکان را می دهد که نه تنها تغییرات آب و هوایی را کاهش دهیم، بلکه شروع به معکوس کردن آن کنیم. این بینشی بود که من حدود 10 سال پیش در MIT داشتم.
یافتن مسیر
برای دکترای خود، دوگار اقتصاد استفاده از میکروب ها برای ساخت افزودنی های گازی با اکتان بالا را بررسی کرد. او همچنین در دانشکده مدیریت MIT Sloan در مورد پایداری و کارآفرینی، از جمله دوره بسیار تاثیرگذار 15.366 (سرمایه گذاری های آب و هوا و انرژی) در کلاس های آموزشی شرکت کرد. این تجربه او را به راه اندازی یک شرکت تشویق کرد.
دوگار می‌گوید: «من می‌خواستم روی چیزی کار کنم که بتواند بیشترین تأثیر آب و هوا را داشته باشد، و آن جایگزینی نفت بود. «این در مورد جایگزینی نفت نه تنها به عنوان سوخت بلکه به عنوان یک ماده بود. همه چیز از لباس هایی که می پوشیم تا مبلمانی که روی آن می نشینیم اغلب با استفاده از نفت ساخته می شوند.
با تجزیه و تحلیل پیشرفت های اخیر در زیست شناسی مصنوعی و انجام برخی محاسبات از اصول اولیه، دوگار به این نتیجه رسید که یک رویکرد میکروبی برای پاکسازی تولید لاستیک قابل اجرا است. او در جایزه انرژی پاک MIT شرکت کرد و برای اثبات این ایده با دیگران در MIT کار کرد. اما باز هم فقط یک ایده بود. پس از فارغ التحصیلی، او به شغل مشاوره ای در یک شرکت بزرگ مشغول شد و شب ها و تعطیلات آخر هفته خود را با اجاره فضای آزمایشگاهی می گذراند تا به تلاش خود برای تحقق بخشیدن به لاستیک پایدار خود ادامه دهد.
پس از 18 ماه، دوگار با استفاده از مفاهیم مهندسی مانند طراحی برای مقیاس در زیست شناسی مصنوعی، توانست میکروبی ایجاد کند که 80 درصد معیارهای او را برای ساخت یک مولکول میانی به نام اسید موالونیک برآورده می کند. از آنجا، او یک فرآیند کاتالیز شیمیایی را توسعه داد که اسید موالونیک را به ایزوپرن، جزء اصلی لاستیک طبیعی، تبدیل کرد. Visolis از آن زمان به ثبت رسیده است که فرآیندهای تبدیل شیمیایی دیگری را به ثبت رسانده است که اسید موالونیک را به سوخت هواپیما، پلیمرها و پارچه تبدیل می کند.
دوگار کار مشاوره خود را در سال 2014 ترک کرد و برای کار تمام وقت روی Visolis در آزمایشگاه ملی لارنس برکلی از طریق Activate، یک انکوباتور که دانشمندان را برای اختراع مجدد جهان توانمند می‌کند، بورسیه دریافت کرد.
از لاستیک گرفته تا سوخت جت
امروزه، علاوه بر ایزوپرن، Visolis محصولات مراقبت از پوست را از طریق نام تجاری Ameva Bio به فروش می رساند، که کرم های مبتنی بر اسید mevalonic را با بازیافت محصولات جانبی گیاهی ایجاد شده در فرآیندهای دیگر تولید می کند. این شرکت بطری های قابل شارژ مجدد را ارائه می دهد و حتی آلاینده های ناشی از حمل و نقل محصولات خود را جبران می کند.
دوگار می گوید: «ما در سراسر زنجیره تأمین کار می کنیم. پاکسازی بخش ایزوپرن زنجیره تامین لاستیک به جای کل زنجیره تامین منطقی بود. اما ما همچنین مولکول‌هایی را برای پوست تولید می‌کنیم که برای شما بهتر است، بنابراین می‌توانید به جای مواد پتروشیمی چیزی بسیار پایدارتر و سالم‌تر را روی بدن خود قرار دهید. ما Ameva را راه‌اندازی کردیم تا نشان دهیم که برندها می‌توانند از بیولوژی مصنوعی برای تبدیل مواد کربن منفی به محصولات با عملکرد بالا استفاده کنند.
Visolis همچنین در حال شروع فرآیند کسب تاییدیه نظارتی برای سوخت پایدار هوانوردی خود است، که دوگار معتقد است با پاکسازی تولید سوخت برای پروازهای تجاری می‌تواند بیشترین تاثیر آب و هوایی را در بین محصولات این شرکت داشته باشد.
دوگار می‌گوید: «ما با شرکت‌های پیشرو کار می‌کنیم تا به آنها کمک کنیم هوانوردی را کربن‌زدایی کنند». اگر به چرخه عمر سوخت نگاه کنید، رویکرد فعلی مبتنی بر نفت این است که ما هیدروکربن‌ها را از زمین بیرون می‌آوریم و آن را می‌سوزانیم و CO2 را در هوا منتشر می‌کنیم. در فرآیند خود، ماده گیاهی را می‌گیریم که به CO2 می‌چسبد و انرژی تجدیدپذیر را در آن پیوندها جذب می‌کند، و سپس آن را به سوخت هوانوردی به اضافه چیزهایی مانند لاستیک مصنوعی، شلوار یوگا و چیزهایی که همچنان کربن را نگه می‌دارند، منتقل می‌کنیم. بنابراین، کارخانه‌های ما همچنان می‌توانند با انتشار خالص کربن صفر کار کنند.»
Visolis در حال حاضر میلیون‌ها دلار درآمد ایجاد می‌کند و دوگار می‌گوید هدف او این است که اکنون که مولکول پلتفرم آن تأیید شده است، شرکت را به سرعت گسترش دهد.
ما هر دو تا سه سال یکبار 10 بار فناوری خود را افزایش داده ایم و اکنون به دنبال افزایش استقرار فناوری خود با همان سرعت هستیم که بسیار هیجان انگیز است. دوگار می گوید. «اگر این را تعمیم دهید، خیلی سریع به تأثیر عظیمی خواهید رسید. این هدف ماست.»