છોડને ઊર્જાના પુનઃપ્રાપ્ય સ્ત્રોતમાં રૂપાંતરિત કરવાની અસરકારક રીત

વૈજ્ઞાનિકોએ એક નવી ટેક્નોલોજી દર્શાવી છે જેમાં બાયોએન્જિનીયર્ડ બેક્ટેરિયા રિન્યુએબલમાંથી ખર્ચ-અસરકારક રસાયણો/પોલિમર બનાવી શકે છે. પ્લાન્ટ સૂત્રો

લિગ્વિન એક એવી સામગ્રી છે જે તમામ સૂકી જમીનના છોડની કોષ દિવાલનો ઘટક છે. સેલ્યુલોઝ પછી તે બીજું સૌથી વધુ વિપુલ કુદરતી પોલિમર છે. આ સામગ્રી એકમાત્ર પોલિમર છે જે છોડમાં જોવા મળે છે જે કાર્બોહાઇડ્રેટથી બનેલું નથી (ખાંડ) મોનોમર્સ. લિગ્નોસેલ્યુલોઝ બાયોપોલિમર્સ છોડને આકાર, સ્થિરતા, તાકાત અને કઠોરતા પ્રદાન કરે છે. લિગ્નોસેલ્યુલોઝ બાયોપોલિમર્સ ત્રણ મુખ્ય ઘટકો ધરાવે છે: સેલ્યુલોઝ અને હેમિસેલ્યુલોઝ એક માળખું બનાવે છે જેમાં લિગ્નિન એક પ્રકારના કનેક્ટર તરીકે સમાવિષ્ટ થાય છે આમ કોષની દિવાલને મજબૂત બનાવે છે. સેલ વોલ લિગ્નિફિકેશન છોડને પવન અને જીવાતો સામે પ્રતિરોધક બનાવે છે અને તેમને સડવાથી મદદ કરે છે. લિગ્નિન એ ઉર્જાનો વિશાળ પરંતુ ખૂબ જ ઓછો ઉપયોગ ન કરાયેલ નવીનીકરણીય સંસાધન છે. લિગ્નીન જે લિગ્નોસેલ્યુલોઝ બાયોમાસના 30 ટકા સુધીનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે તે એક બિનઉપયોગી ખજાનો છે - ઓછામાં ઓછા રાસાયણિક દૃષ્ટિકોણથી. રાસાયણિક ઉદ્યોગ પેઇન્ટ, કૃત્રિમ રેસા, ખાતર અને સૌથી અગત્યનું પ્લાસ્ટિક જેવા વિવિધ ઉત્પાદનો બનાવવા માટે મોટે ભાગે કાર્બન સંયોજનો પર આધાર રાખે છે. આ ઉદ્યોગ વનસ્પતિ તેલ, સ્ટાર્ચ, સેલ્યુલોઝ વગેરે જેવા કેટલાક પુનઃપ્રાપ્ય સંસાધનોનો ઉપયોગ કરે છે પરંતુ તેમાં તમામ સંયોજનોના માત્ર 13 ટકાનો સમાવેશ થાય છે.

લિગ્નીન, ઉત્પાદનો બનાવવા માટે પેટ્રોલિયમનો આશાસ્પદ વિકલ્પ

વાસ્તવમાં, લિગ્નિન એ પૃથ્વી પર પુનઃપ્રાપ્યનો એકમાત્ર અને એકમાત્ર સ્ત્રોત છે જેમાં મોટી સંખ્યામાં સુગંધિત સંયોજનો છે. આ મહત્ત્વનું છે કારણ કે સુગંધિત સંયોજનો સામાન્ય રીતે બિન-નવીનીકરણીય સ્ત્રોત પેટ્રોલિયમમાંથી કાઢવામાં આવે છે અને પછી ઉત્પાદન માટે ઉપયોગમાં લેવાય છે. પ્લાસ્ટીક, પેઇન્ટ વગેરે. આમ, લિગ્નીનની સંભાવના ઘણી વધારે છે. પેટ્રોલિયમની સરખામણીમાં જે બિન-નવીનીકરણીય અશ્મિભૂત બળતણ છે, લિગ્નોસેલ્યુલોઝ આમાંથી મેળવવામાં આવે છે લાકડું, સ્ટ્રો અથવા મિસકેન્થસ જે નવીનીકરણીય સ્ત્રોત છે. લિગ્નીન ખેતરો અને જંગલોમાં ઉગાડી શકાય છે અને સામાન્ય રીતે આબોહવા પ્રત્યે તટસ્થ હોય છે. છેલ્લા કેટલાક દાયકાઓમાં લિગ્નોસેલ્યુલોઝને પેટ્રોલિયમના ગંભીર વિકલ્પ તરીકે ગણવામાં આવે છે. પેટ્રોલિયમ હાલમાં કેમિકલ ઉદ્યોગ ચલાવે છે. પેટ્રોલિયમ એ ઘણા મૂળભૂત રસાયણો માટે કાચો માલ છે જેનો ઉપયોગ ઉપયોગી ઉત્પાદનો બનાવવા માટે થાય છે. પરંતુ પેટ્રોલિયમ બિન-નવીનીકરણીય સ્ત્રોત છે અને તે ઘટી રહ્યું છે, તેથી નવીનીકરણીય સ્ત્રોતો શોધવા પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરવાની જરૂર છે. આ ચિત્રમાં લિગ્નીન લાવે છે કારણ કે તે ખૂબ જ આશાસ્પદ વિકલ્પ છે.

લિગ્નિન ઉચ્ચ ઉર્જાથી ભરપૂર છે પરંતુ આ ઉર્જા મેળવવી એ જટિલ અને ખર્ચાળ પ્રક્રિયા છે અને આમ જૈવ ઇંધણ પણ ઉત્પન્ન થાય છે કારણ કે અંતિમ પરિણામ સામાન્ય રીતે ખર્ચ પર ખૂબ જ વધારે હોય છે અને હાલમાં ઉપયોગમાં લેવાતી "પરિવહન ઊર્જા"ને આર્થિક રીતે બદલી શકતું નથી. લિગ્નિનને તોડવા અને તેને મૂલ્યવાન રસાયણોમાં રૂપાંતરિત કરવાની ખર્ચ અસરકારક રીતો વિકસાવવા માટે ઘણા અભિગમો પર સંશોધન કરવામાં આવ્યું છે. જો કે, ઘણી મર્યાદાઓએ લિગ્નિન જેવા ટચ પ્લાન્ટ મેટરને વૈકલ્પિક ઉર્જા સ્ત્રોત તરીકે ઉપયોગમાં લેવા માટે રૂપાંતરિત કરવા અથવા તેને વધુ ખર્ચ અસરકારક બનાવવાનો પ્રયાસ કરવા માટે પ્રતિબંધિત કર્યો છે. તાજેતરના અભ્યાસે બેક્ટેરિયા (ઇ. કોલી) ને કાર્યક્ષમ અને ઉત્પાદક બાયોકન્વર્ઝન સેલ ફેક્ટરી તરીકે કામ કરવા માટે સફળતાપૂર્વક એન્જિનિયરિંગ કર્યું છે. બેક્ટેરિયા ખૂબ જ ઝડપથી વૃદ્ધિ પામે છે અને બહુવિધ થાય છે અને તેઓ કઠોર ઔદ્યોગિક પ્રક્રિયાઓનો સામનો કરવા સક્ષમ છે. આ માહિતીને કુદરતી રીતે ઉપલબ્ધ લિગ્નિન ડિગ્રેડર્સની સમજ સાથે જોડવામાં આવી હતી. આ કાર્ય માં પ્રકાશિત થયું હતું નેશનલ એકેડેમી ઓફ સાયન્સ યુએસએની કાર્યવાહી.

સેન્ડિયા નેશનલ લેબોરેટરીઝમાં ડૉ. સીમા સિંઘની આગેવાની હેઠળના સંશોધકોની ટીમે લિગ્નિનને પ્લેટફોર્મ રસાયણોમાં ફેરવવામાં આવતી ત્રણ મુખ્ય સમસ્યાઓનું નિરાકરણ કર્યું. પ્રથમ મુખ્ય અવરોધ એ છે બેક્ટેરિયા ઇ.કોલી સામાન્ય રીતે રૂપાંતર માટે જરૂરી ઉત્સેચકો ઉત્પન્ન કરતું નથી. વૈજ્ઞાનિકો આથો રિંગમાં "ઇન્ડ્યુસર" ઉમેરીને ઉત્સેચકો બનાવવાની આ સમસ્યાને ઉકેલવા માટે વલણ ધરાવે છે. આ ઇન્ડ્યુસર્સ અસરકારક છે પરંતુ તે ખૂબ જ ખર્ચાળ છે અને તેથી તે બાયોરિફાઇનરીના ખ્યાલમાં યોગ્ય રીતે બંધબેસતા નથી. સંશોધકોએ એક ખ્યાલ અજમાવ્યો જેમાં વેનીલા જેવા લિગ્નીન મેળવેલા સંયોજનનો ઉપયોગ સબસ્ટ્રેટ તરીકે તેમજ એન્જીનિયરીંગ દ્વારા પ્રેરક તરીકે કરવામાં આવ્યો હતો. બેક્ટેરિયા ઇ.કોલી. આ ખર્ચાળ પ્રેરકની જરૂરિયાતને બાયપાસ કરશે. જો કે, જૂથે શોધ્યું તેમ, વેનીલા સારી પસંદગી ન હતી, ખાસ કરીને કારણ કે એકવાર લિગ્નીન તૂટી જાય પછી, વેનીલા મોટી માત્રામાં ઉત્પન્ન થાય છે અને તે E.Coli ના કાર્યને અટકાવવાનું શરૂ કરે છે એટલે કે વેનીલા ઝેરી બનાવવાનું શરૂ કરે છે. પરંતુ આ તેમની તરફેણમાં કામ કર્યું જ્યારે તેઓએ એન્જિનિયરિંગ કર્યું બેક્ટેરિયા. નવા સંજોગોમાં, E.Coli માટે ઝેરીલા રસાયણનો ઉપયોગ "લિગ્નિન મૂલ્યાંકન" ની જટિલ પ્રક્રિયા શરૂ કરવા માટે થાય છે. એકવાર વેનીલા હાજર થઈ જાય, તે ઉત્સેચકોને સક્રિય કરે છે અને બેક્ટેરિયા વેનીલીનને કેટેકોલમાં રૂપાંતરિત કરવાનું શરૂ કરે છે, જે ઇચ્છિત રસાયણ છે. ઉપરાંત, વેનીલીનનું પ્રમાણ ક્યારેય ઝેરી સ્તરે પહોંચતું નથી કારણ કે તે વર્તમાન સિસ્ટમમાં ઓટોરેગ્યુલેટ થઈ જાય છે. ત્રીજી અને અંતિમ સમસ્યા કાર્યક્ષમતાની હતી. રૂપાંતરણની પ્રણાલી ધીમી અને નિષ્ક્રિય હતી આથી સંશોધકોએ અન્ય બેક્ટેરિયામાંથી વધુ અસરકારક ટ્રાન્સપોર્ટર્સની તપાસ કરી અને તેમને ઇ. કોલીમાં એન્જીનિયર કર્યા જેણે પછી પ્રક્રિયાને ઝડપી ટ્રેક કરી. આવા નવીન ઉકેલો દ્વારા ઝેરી અને કાર્યક્ષમતા સમસ્યાઓને દૂર કરવાથી જૈવ ઇંધણના ઉત્પાદનને વધુ આર્થિક પ્રક્રિયા બનાવવામાં મદદ મળી શકે છે. અને, ઓટો-રેગ્યુલેશનના સમાવેશ સાથે બાહ્ય પ્રેરકને દૂર કરવાથી જૈવ ઇંધણ બનાવવાની પ્રક્રિયાને વધુ શ્રેષ્ઠ બનાવી શકાય છે.

તે સારી રીતે સ્થાપિત છે કે એકવાર લિગ્નિન તૂટી જાય પછી, તે મૂલ્યવાન પ્લેટફોર્મ રસાયણો પ્રદાન કરવાની અથવા તેના બદલે "આપવાની" ક્ષમતા ધરાવે છે જેને પછી નાયલોન, પ્લાસ્ટિક, ફાર્માસ્યુટિકલ્સ અને અન્ય મહત્વપૂર્ણ ઉત્પાદનોમાં રૂપાંતરિત કરી શકાય છે જે હાલમાં પેટ્રોલિયમમાંથી મેળવવામાં આવે છે. - નવીનીકરણીય ઉર્જા સ્ત્રોત. આ અભ્યાસ જૈવ બળતણ અને બાયોઉત્પાદન માટે ખર્ચ-અસરકારક ઉકેલોના સંશોધન અને વિકાસની દિશામાં એક પગલું તરીકે સુસંગત છે. બાયોએન્જિનિયરિંગ ટેક્નોલોજીનો ઉપયોગ કરીને અમે માત્ર બેક્ટેરિયલ E.Coli સાથે જ નહીં પરંતુ અન્ય માઇક્રોબાયલ યજમાનો સાથે પણ પ્લેટફોર્મ કેમિકલ્સ અને અન્ય ઘણા નવા અંતિમ ઉત્પાદનોનું મોટા જથ્થામાં ઉત્પાદન કરી શકીએ છીએ. લેખકોનું ભાવિ સંશોધન આ ઉત્પાદનોના આર્થિક ઉત્પાદનને દર્શાવવા પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરશે. આ સંશોધનની ઊર્જા ઉત્પાદન પ્રક્રિયાઓ અને લીલા ઉત્પાદનો માટેની શક્યતાઓની શ્રેણીના વિસ્તરણ પર મોટી અસર છે. લેખકો ટિપ્પણી કરે છે કે નજીકના ભવિષ્યમાં લિગ્નોસેલ્યુલોઝ ચોક્કસપણે પેટ્રોલિયમને પૂરક બનાવવું જોઈએ જો તેને બદલવામાં ન આવે.

***

{તમે ટાંકેલા સ્ત્રોત(ઓ)ની સૂચિમાં નીચે આપેલ DOI લિંક પર ક્લિક કરીને મૂળ સંશોધન પેપર વાંચી શકો છો}

સ્રોત (ઓ)

વુ ડબલ્યુ એટ અલ. 2018. લિગ્નિન વેલોરાઇઝેશન માટે ઓટોરેગ્યુલેટરી સિસ્ટમ સાથે ઇ. કોલી એન્જિનિયરિંગ તરફ, નેશનલ એકેડેમી ઓફ સાયન્સની કાર્યવાહીઓ. 115 (12). https://doi.org/10.1073/pnas.1720129115