นักวิทย์ดัดแปลงพันธุกรรมแบคทีเรียสายพันธุ์ทะเล ให้สร้างสารดักจับสนิมเหล็กบนแร่หิน ช่วยเร่งกระบวนการกัดเซาะตามธรรมชาติถึง 2.6 เท่า เพิ่มประสิทธิภาพการกำจัดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จากอากาศลงสู่มหาสมุทร
นักวิทยาศาสตร์ได้คิดค้นนวัตกรรมดักจับและกักเก็บคาร์บอนในรูปแบบใหม่ โดยทีมนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ด ได้ดัดแปลงพันธุกรรมจุลินทรีย์เพื่อเร่งกระบวนการทางธรณีวิทยาตามธรรมชาติ ช่วยเพิ่มขีดความสามารถในการดูดซับคาร์บอนไดออกไซด์จากบรรยากาศลงสู่มหาสมุทรได้อย่างมีประสิทธิภาพ
เมื่อ "สนิมเหล็ก" ขวางกระบวนการดักจับคาร์บอน
ตามปกติ โลกมีกลไกเยียวยาตัวเองผ่านกระบวนการกัดพังของหินตามธรรมชาติ (Natural Rock Weathering) โดยเฉพาะเมื่อแร่ซิลิเกตอย่าง "โอลิวีน" (Olivine) สัมผัสกับน้ำและอากาศ แร่ธาตุจะค่อย ๆ ปล่อยแมกนีเซียมและเหล็กออกมา ทำปฏิกิริยากับคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศ แล้วเปลี่ยนให้อยู่ในรูปของสารละลายไบคาร์บอเนต (HCO3−) ที่ถูกกักเก็บไว้อย่างปลอดภัยในน้ำทะเลนานนับแสนปี
อย่างไรก็ตาม ปัญหาใหญ่ของกลไกธรรมชาตินี้คือความเชื่องช้า เมื่อเหล็กหลุดออกจากเนื้อหิน จะทำปฏิกิริยากับออกซิเจนกลายเป็น "สนิมเหล็ก" เคลือบอยู่บนผิวหิน เปรียบเสมือนเกราะป้องกันที่เกาะแน่นและขวางไม่ให้แร่ธาตุชั้นในย่อยสลายต่อ ส่งผลให้กระบวนการดักจับคาร์บอนไดออกไซด์ตามธรรมชาติต้องหยุดชะงักลง
ใช้แบคทีเรียเร่งธรรมชาติให้ทำงานเร็วขึ้น
งานวิจัยของนักวิทยาศาสตร์ จากมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ด (Harvard University) ร่วมกับ สถาบันวิสส์ (Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering) ประเทศสหรัฐอเมริกา ได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Nature Biotechnology โดยทีมนักวิจัยนำโดย ดร. Neil Dalvie และศาสตราจารย์ Pamela Silver ได้นำแบคทีเรียสายพันธุ์ทะเลที่มีชื่อว่า Alteromonas macleodii มาทำการตัดต่อพันธุกรรม
จุลินทรีย์สายพันธุ์ธรรมชาติตามปกติจะผลิตสารโมเลกุลพิเศษเรียกว่า "ซิเดอโรฟอร์" (Siderophores) เพื่อจับและย่อยสนิมเหล็กมาเป็นอาหาร แต่เมื่อพวกมันได้รับเหล็กเพียงพอแล้ว กลไกตามธรรมชาติจะสั่งให้หยุดสร้างสารนี้ทันที ทีมนักวิจัยจึงดัดแปลงพันธุกรรมจุลินทรีย์ใหม่ เพื่อปลดล็อกกลไกดังกล่าว ทำให้แบคทีเรียสามารถผลิตสารดักจับสนิมได้อย่างต่อเนื่องโดยไม่สนว่าในสิ่งแวดล้อมจะมีปริมาณเหล็กเท่าใด ผลจากการทดสอบในเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพระบบไหลเวียนน้ำทะเลพบว่า แบคทีเรียดัดแปลงพันธุกรรมสามารถขจัดชั้นสนิมและเร่งอัตราการกัดเซาะหินโอลิวีนได้เร็วขึ้นถึง 2.6 เท่า ส่งผลให้การเปลี่ยนก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในอากาศไปเป็นไบคาร์บอเนตในน้ำทะเลเกิดขึ้นได้อย่างรวดเร็วและมีประสิทธิภาพสูงขึ้น
ต่างจากเทคโนโลยีเดิมอย่างไร?
ในปัจจุบัน เทคโนโลยีดักจับคาร์บอนจากอากาศโดยตรง (Direct Air Capture - DAC) ส่วนใหญ่ต้องพึ่งพาเครื่องจักรขนาดใหญ่ที่ใช้พลังงานไฟฟ้ามหาศาลและมีต้นทุนการก่อสร้างสูงมาก ขณะที่วิธีการฟื้นฟูธรรมชาติด้วยการปลูกป่าก็ต้องใช้พื้นที่ดินขนาดใหญ่และมีความเสี่ยงจากไฟป่าหรือการรบกวนของมนุษย์
เทคโนโลยีการเร่งหินผุด้วยแบคทีเรีย (Microbial Enhanced Weathering) ถือเป็นทางเลือกใหม่ที่ผสานพลังทางชีววิทยาและธรณีวิทยาเข้าด้วยกัน ช่วยลดการพึ่งพาพลังงานภายนอก เนื่องจากแบคทีเรียใช้พลังงานเคมีจากแร่ธาตุและสารอาหารในน้ำทะเลในการเจริญเติบโต และที่สำคัญคาร์บอนที่ถูกดึงลงสู่มหาสมุทรในรูปของไบคาร์บอเนตจะมีความคงตัวสูงมาก สามารถกักเก็บไว้ได้ปลอดภัยยาวนานหลายพันปีโดยไม่รั่วซึมกลับสู่บรรยากาศ
ก้าวต่อไปและการนำไปใช้งานจริง
แม้งานวิจัยนี้จะยังอยู่ในระดับห้องปฏิบัติการ แต่ผลลัพธ์ที่ได้แสดงให้เห็นว่าจุลินทรีย์สังเคราะห์สามารถนำมาประยุกต์ใช้ในภารกิจกู้วิกฤตโลกร้อนได้จริง โดยเทคโนโลยีนี้อาจถูกนำไปประยุกต์ใช้ร่วมกับระบบบำบัดน้ำเสียริมชายฝั่ง สถานีปรับสภาพน้ำทะเล หรือชายหาดที่มีการเร่งกัดเซาะหินเพื่อเพิ่มการดูดซับคาร์บอน
การเพิ่มประสิทธิภาพการดักจับคาร์บอนได้อย่างรวดเร็วจะช่วยให้ภาคอุตสาหกรรมและประเทศต่าง ๆ มีเครื่องมือในการบรรลุเป้าหมายการปล่อยก๊าซเรือนกระจกสุทธิเป็นศูนย์ (Net Zero) ช่วยลดผลกระทบจากสภาวะอากาศแปรปรวน คลื่นความร้อน และระดับน้ำทะเลที่เพิ่มสูงขึ้น ซึ่งส่งผลกระทบโดยตรงต่อชีวิตและความเป็นอยู่ของคนทุกคนบนโลก
การผสมผสานเทคโนโลยีชีวภาพสังเคราะห์เข้ากับกระบวนการทางธรณีวิทยา นับเป็นก้าวสำคัญที่พิสูจน์ว่าสิ่งมีชีวิตขนาดเล็กอย่างแบคทีเรียสามารถเป็นกำลังสำคัญในการแก้ปัญหาระดับโลกได้ แม้เทคโนโลยีนี้ยังต้องผ่านการศึกษาเรื่องความปลอดภัยทางระบบนิเวศและการขยายขนาดการใช้งานจริง แต่ก็เป็นสัญญาณอันดีที่แสดงให้เห็นถึงความพยายามในการฟื้นฟูสมดุลของชั้นบรรยากาศโลกได้อย่างยั่งยืน
เรียบเรียงโดย ขนิษฐา จันทร์ทร
ที่มาข้อมูล: phys, wyss, interestingengineering, nature
ที่มาภาพ: wyss
อัปเดตข้อมูลแวดวงวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี รู้ทันโลกไอที และโซเชียลฯ ในรูปแบบ Audio จาก AI เสียงผู้ประกาศของไทยพีบีเอส ได้ที่ Thai PBS
“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech
