Bakterier kan bli en arbetskraft som hjälper till att omdefiniera vår energisektor.

Även om dessa encelliga organismer ofta avfärdas som hälsorisker, eller hurrade för deras probiotiska fördelar, deras användbarhet som högt specialiserade mikroskopiska arbetare har precis börjat förstås – och arbetet de gör kan förändra hur vi gör vår energi.

Som en del av forskningsinitiativet Future Energy Systems, Biologiska vetenskapsforskaren Lisa Stein vid University of Alberta och kemiteknikforskaren Dominic Sauvageau är genetiskt modifierade ofarliga bakterier som konsumerar metan, en av de mest potenta växthusgaserna, och förvandla det till bränsle.

Förbisett utsläpp

Metan är en viktig aktör i klimatförändringarna.

"När vi kallar det naturgas och bränner det för ström, metan minskar utsläppen jämfört med kol, " förklarar Sauvageau. "Men om det kommer in i atmosfären utan att brännas, det har faktiskt en starkare global uppvärmningseffekt än CO2. "

Metan är 25 gånger mer potent än koldioxid, så 2016, Kanada, USA och Mexiko har förbundit sig att minska sina metanutsläpp med 45 procent till 2025. Eftersom 44 procent av Kanadas (och 70 procent av Albertas) metanutsläpp kommer från olje- och gassektorn, att uppfylla dessa mål innebär bestämmelser som tvingar producenter att fånga "flyktiga" utsläpp.

"För att kompensera kostnaderna för att fånga upp metanet kan du bara sälja det som naturgas, Stein föreslår. "Men du kan också hitta ett sätt - med hjälp av naturligt förekommande bakterier - att förvandla det till ett mer värdefullt bränsle, eller till och med en produkt som inte släpper ut koldioxid alls."

Uppskalning

Forskare har vetat i årtionden att bakterier kan modifieras för att omvandla metan till andra produkter, men ingen har lyckats skala upp det fullt ut.

"Förr i tiden, en biologisk forskare kunde stanna i hennes labb för att modifiera bakterier och testa dem i isolerade förhållanden, Stein förklarar. "Men det som fungerar i en petriskål fungerar inte nödvändigtvis i industriell skala."

Hon liknar det med att utbilda en arbetare att producera en viss produkt, men inte oroa dig för designen av fabriken. När miljoner av dessa arbetare samlas i en fabrik som inte har rätt layout, utrustning eller arbetsförhållanden, de kan förlåtas för att de bara stirrar förvirrat på varandra.

"Oavsett hur perfekt lämpad för jobbet, en miljon individer utan organisation är vanligtvis bara en mobb, " säger Sauvageau.

Tricket är att bygga fabriker som passar arbetarna – "reaktorer" som kan variera i storlek från ett badkar till en simbassäng i olympisk storlek.

Så, eftersom Steins labb genetiskt modifierar bakterier, Sauvageaus team kör experiment för att identifiera de optimala förutsättningarna för deras arbete. Variabler kan inkludera storleken på kamrarna, layout, temperatur och näringsämnen, och när de väl hittar ett optimalt tillstånd, den informationen återkopplas för att ytterligare anpassa bakterierna som är avsedda att fungera inom den.

"Våra teammedlemmar interagerar dagligen och våra team träffas varannan vecka, " säger Stein. "Konstant kommunikation betyder att vi kan röra oss snabbt."

Tillsammans, de arbetar med Mango Materials – en bioenergistartup i Kalifornien vars andra forskningspartner inkluderar NASA – för att pilotera en reaktor som fångar upp metan från rening av avloppsvatten och använder bakterier för att omvandla det till bioplast.

Bygger upp en lista

Sammansättningen av infångad metan varierar beroende på dess källa, så Stein och Sauvageau skapar en plattform av ett halvdussin bakterier som är genetiskt modifierade för att fungera under olika omständigheter.

"Ingen enskild typ av bakterier kommer att göra varje jobb, Sauvageau förklarar. "Vi skapar en lista över olika bakterier med matchande reaktorer som kan anpassas till olika industriella tillämpningar."

Dessa bakterier kommer att använda metan för att producera en mängd olika produkter. Den ena är butanol, ett alkoholbränsle som antingen kan driva omodifierade bensinbilsmotorer eller blandas in i diesel för att minska sotutsläppen. Andra inkluderar isoprenoider, kemikalier som vanligtvis kommer från petroleum, som kan användas som biojetbränsle.

"Genom att skapa dessa material från metan, vi minskar vårt behov av att utvinna fossila bränslen från marken, " säger Stein. "Istället för att gräva ut nytt kol ur jorden och driva ut det i atmosfären, vi återvinner det som redan finns här ute."

Att återvinna metanutsläpp och minska behovet av ny utvinning låter lovande, men varken Stein eller Sauvageau ser det som en silverkula för klimatförändringarna.

"Vår plattform är bara en del av vad som behöver vara en systemomfattande lösning, " Säger Sauvageau. "Så småningom kommer vår energiinfrastruktur att förändras, och vi kanske inte litar lika mycket på förbränningsmotorer - eller kolvätebränslen."

Men om vårt system inte längre kräver kolväten, skulle bakterierna hitta sig själva utan jobb? Stein tvivlar på det.

"Vi lär oss mycket om hur man arbetar med dessa bakterier, " säger hon. "Jag är ganska säker på att vi kan locka dem att göra något annat."