Para peneliti dari University of Colorado Boulder telah mengembangkan organisme nanobio-hibrida yang mampu memanfaatkan karbon dioksida dan nitrogen yang terdapat di udara, untuk menghasilkan berbagai jenis plastik dan bahan bakar. Ini merupakan Langkah awal yang menjanjikan dalam rangka menuju penyerapan karbon dioksida berbiaya rendah dan manufaktur ramah lingkungan untuk memproduksi berbagai bahan kimia.
Dengan menggunakan quantum dot yang telah teraktivasi oleh cahaya untuk memicu enzim tertentu di dalam sel mikroba, para peneliti mampu menciptakan pabrik biologis yang mengonsumsi karbon dioksida berbahaya dan mengubahnya menjadi produk yang berguna seperti plastik biodegradable (mudah terurai), bensin, amoniak dan biodiesel.
“Inovasi ini adalah bukti kekuatan dari proses biokimia,” kata Prashant Nagpal, penulis utama penelitian. “Kami sedang mencari teknik yang dapat meningkatkan penangkapan karbon dioksida untuk melawan perubahan iklim dan suatu hari nanti bahkan berpotensi menggantikan manufaktur intensif karbon untuk plastik dan bahan bakar.”
Proyek ini dimulai pada tahun 2013, ketika Nagpal dan rekan-rekannya mulai mengeksplorasi secara luas potensi dari quantum dot nanoscopic, yang merupakan semikonduktor kecil yang mirip dengan yang digunakan dalam perangkat televisi. Quantum dot dapat dimasukkan ke dalam sel secara pasif dan dirancang untuk menempel dan merakit secara mandiri pada enzim yang diinginkan. Kemudian, mengaktifkan enzim tersebut sesuai perintah menggunakan cahaya dengan panjang gelombang tertentu.
Nagpal ingin mengetahui apakah dot quantum dapat bertindak sebagai busi untuk mengaktifkan enzim tertentu di dalam sel mikroba yang memiliki kemampuan untuk mengubah CO2 dan nitrogen di udara, tetapi tidak melakukannya secara alami karena ketidakcukupan untuk melakukan proses fotosintesis.
Dengan menyebarkan dot quantum yang telah dirancang khusus ke dalam sel spesies mikroba umum yang ditemukan di dalam tanah, Nagpal dan rekan-rekannya mengatasi permasalahan tersebut.
Sekarang, paparan tidak langsung dari sinar matahari dalam jumlah kecil pun akan mengaktifkan nafsu makan mikroba, tanpa membutuhkan sumber energi atau makanan untuk melakukan konversi biokimia intensif energi.
“Setiap sel menghasilkan jutaan bahan kimia ini dan kami melihat bahwa itu dapat melebihi hasil secara alaminya hingga mendekati 200 persen,” kata Nagpal.
Mikroba yang terletak di dalam air, melepaskan produk yang mereka hasilkan ke permukaan, di mana produk tersebut dapat disingkirkan dan dipanen untuk manufaktur. Kombinasi dot quantum dan cahaya yang berbeda, menghasilkan produk yang berbeda: Panjang gelombang hijau menyebabkan bakteri mengonsumsi nitrogen dan menghasilkan amonia. Sementara, panjang gelombang yang lebih merah membuat mikroba mengonsumsi karbon dioksida untuk menghasilkan plastik.
Proses ini juga menunjukkan tanda-tanda yang menjanjikan untuk dapat beroperasi dalam skala besar. Studi ini menemukan bahwa bahkan ketika produksi mikroba diaktifkan secara konsisten selama berjam-jam pada suatu waktu, mereka menunjukkan beberapa tanda-tanda kelelahan atau penipisan, yang menunjukkan bahwa sel-sel dapat beregenerasi dan dengan demikian membatasi kebutuhan berotasi.
“Kami sangat terkejut bahwa itu bekerja dengan elegan seperti itu,” kata Nagpal. “Kami baru memulai dengan aplikasi sintetis.”
Skenario futuristik yang ideal, kata Nagpal, adalah memiliki rumah keluarga tunggal dan bisnis menyalurkan emisi CO2 langsung ke kolam penampung terdekat, di mana mikroba akan mengubahnya menjadi bioplastik. Pemilik akan dapat menjual produk yang dihasilkan untuk keuntungan kecil, sementara pada dasarnya mengimbangi jejak karbon mereka sendiri.
“Bahkan jika marginnya rendah dan tidak dapat bersaing dengan petrokimia berdasarkan biaya murni, masih ada manfaat sosial untuk melakukan ini,” kata Nagpal.
Penelitian ini telah diterbitkan di Journal of the American Chemical Society
