Bactérias solares transformam águas residuais em semicondutores

Cientistas chineses revolucionam a transformação de águas residuais em semicondutores com bactérias solares.

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Na vanguarda da pesquisa em inovação e sustentabilidade, cientistas na China conseguiram dar um o revolucionário no campo da reciclagem de águas residuais. Utilizando bactérias geneticamente modificadas e alimentadas pela energia solar, eles conseguiram transformar água contaminada em produtos químicos valiosos, oferecendo um potencial divisor de águas na fabricação de semicondutores.

O estudo, liderado pelo professor Gao Xiang do Instituto de Biologia Sintética de Shenzhen da Academia Chinesa de Ciências, em parceria com o professor Lu Lu do Instituto de Tecnologia Harbin em Shenzhen, foi publicado na renomada revista científica Nature Sustainability em 16 de outubro de 2023.

Os semicondutores desempenham um papel crucial na indústria de alta tecnologia, sendo essenciais para a produção de chips eletrônicos. Até agora, esses materiais eram fabricados por processos químicos ou físicos em ambientes extremamente controlados e limpos. No entanto, o alto custo e a produção limitada desses materiais têm sido uma barreira significativa para avanços mais econômicos e ecológicos na indústria.

A solução inovadora proposta pelos pesquisadores chineses envolve a utilização de bactérias geneticamente modificadas que são capazes de prosperar em ambientes de águas residuais, ricos em poluentes orgânicos e metais pesados. Em particular, eles escolheram o Vibrio natriegens, um microrganismo marinho resistente à água salgada, como a base para suas bactérias projetadas. Essas bactérias demonstraram um notável crescimento em comparação com a E. coli comumente utilizada em pesquisa, podendo crescer duas vezes mais rápido.

O Vibrio natriegens possui uma capacidade única de utilizar mais de 200 tipos de materiais orgânicos como nutrientes, incluindo açúcares, álcoois, aminoácidos e ácidos orgânicos. Isso o torna uma escolha ideal para o processo de reciclagem de águas residuais, uma vez que pode extrair poluentes orgânicos e metais pesados e transformá-los em produtos químicos valiosos.

A equipe de pesquisa introduziu uma via de redução de sulfato no Vibrio natriegens, treinando a cepa para absorver diretamente o sulfato do ambiente e produzir gás sulfureto de hidrogênio. Esse gás foi então combinado com íons metálicos nas águas residuais, resultando na criação de nano partículas semicondutoras. Essas nanopartículas foram fixadas na superfície bacteriana, formando biohíbridos semicondutores.

Quando expostos à luz, esses materiais semicondutores absorvem energia solar e a convertem em elétrons, fornecendo energia adicional às bactérias. Em experimentos de laboratório, 99% dos íons de cádmio foram extraídos das águas residuais e transferidos para partículas de sulfureto de cádmio.

Essas nano partículas, também conhecidas como pontos quânticos, têm se destacado recentemente na indústria devido às suas propriedades únicas, e sua produção sustentável torna-se ainda mais atraente.

Além da produção de semicondutores, o processo gera um subproduto valioso. Os biohíbridos semicondutores também convertem poluentes orgânicos em 2,3-butanodiol (BDO), um produto químico com amplas aplicações em cosméticos, agricultura e saúde. A energia adicional fornecida pelas nanopartículas, graças à absorção de luz solar, acelera significativamente a eficiência da síntese dos biohíbridos e a taxa de conversão de matéria orgânica nas águas residuais.

Em testes de laboratório, sob luz artificial, os biohíbridos produziram BDO duas vezes mais rápido do que as bactérias não modificadas, com um aumento de 26% na taxa de conversão de carbono. Em um reator de 5 litros, os biohíbridos cultivados com águas residuais industriais reais alcançaram uma taxa de produção de BDO impressionante.

Os cientistas continuam explorando formas de otimizar o processo e melhorar a eficiência. “As águas residuais industriais geralmente têm pouca translucidez. Estamos investigando reatores com áreas de superfície maiores para permitir iluminação adequada”, afirmou o professor Gao.

Essa pesquisa inovadora, que combina biologia sintética, engenharia genética e sustentabilidade ambiental, tem o potencial de revolucionar a produção de semicondutores e a reciclagem de águas residuais em todo o mundo. Ela representa um exemplo claro de como a ciência pode transformar desafios ambientais em oportunidades e abrir caminhos para uma produção mais econômica e amiga do meio ambiente.

Fonte: Texto gerado por ChatGPT, um modelo de linguagem desenvolvido pela OpenAI, com contribuições e correções adicionais do autor. Imagem principal: Depositphotos.

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