क्या बदले हुए समुद्री बैक्टीरिया ओलिविन को कार्बन-रिमूवल टूल बना सकते हैं?

विचार क्या है: बैक्टीरिया को लगातार साइडरोफोर बनाने देना

यह अवधारणा सिंथेटिक बायोलॉजी को समुद्री सिलिकेट वेदरिंग से जोड़ती है। शोधकर्ताओं ने समुद्री बैक्टीरिया Alteromonas macleodii को इस तरह इंजीनियर किया कि लोहे की कमी खत्म हो जाने के बाद भी वह साइडरोफोर बनाता रहे। साइडरोफोर ऐसे अणु हैं जो लोहे से बंधते हैं। लक्ष्य था ओलिविन की सतह पर बनने वाली आयरन-ऑक्साइड की परत को हटाना, क्योंकि यह परत आगे होने वाले घुलाव को धीमा कर देती है। 2

जब ओलिविन जैसे सिलिकेट खनिज समुद्री जल में घुलते हैं, तो वे पानी की क्षारीयता बढ़ा सकते हैं। इससे वायुमंडलीय कार्बन डाइऑक्साइड का कुछ हिस्सा घुले हुए बाइकार्बोनेट के रूप में समुद्री जल में जा सकता है। Wyss Institute इस व्यापक प्रक्रिया को कार्बन कैप्चर बढ़ाने वाली “बायो-वेदरिंग” के रूप में बताता है। 3

बैक्टीरिया में क्या बदलाव किया गया?

सामान्य स्थिति में बैक्टीरिया का आयरन-नियंत्रित तंत्र यह महसूस कर लेता है कि पर्याप्त लोहा उपलब्ध है, तो साइडरोफोर बनाना कम कर देता है। रिपोर्टेड रणनीति में इस आयरन-सेंसिंग फीडबैक से साइडरोफोर उत्पादन को अलग किया गया, ताकि एक ऐसा स्ट्रेन तैयार हो जो इन अणुओं की अधिक मात्रा और अधिक लगातार उत्पादन करे। 2

उपलब्ध सामग्री में बदले गए सटीक जीन या नियामक DNA अनुक्रमों का विवरण नहीं है। इसलिए इसे किसी खास जेनेटिक कंस्ट्रक्ट का दावा करने के बजाय आयरन-रिस्पॉन्सिव नियंत्रण की रीप्रोग्रामिंग कहना अधिक सटीक है।

यह बदलाव ओलिविन वेदरिंग की एक अहम रुकावट को निशाना बनाता है। ओलिविन के घुलने पर उसकी सतह से निकला लोहा ऑक्सीकृत होकर अपेक्षाकृत प्रतिरोधी परत बना सकता है। साइडरोफोर लोहे से बंधकर उसे घुले हुए रूप में बनाए रखने में मदद करते हैं—यानी वे सतह को “जंग-मुक्त” करने जैसा काम कर सकते हैं। इससे समुद्री जल ताजा ओलिविन सतह के साथ प्रतिक्रिया करता रह सकता है।

Alteromonas इस काम के लिए संभावित समुद्री जैविक आधार हो सकता है, क्योंकि इस वंश के बैक्टीरिया समुद्री जल में व्यापक रूप से पाए जाते हैं—सतही जल से लेकर गहरे समुद्री वातावरण तक। 1718

बायोरिएक्टर परीक्षणों में क्या दिखा?

अध्ययन में इंजीनियर्ड बैक्टीरिया का परीक्षण लगातार चलने वाले, समुद्री जल से संचालित eVOLVER रिएक्टरों में किया गया। इसके बाद टीम ने चट्टान-समुद्री जल वाले पायलट-स्केल बायोरिएक्टर में भी प्रणाली को परखा। उपलब्ध अध्ययन-सारांश के अनुसार, संबंधित नियंत्रण स्थितियों की तुलना में इंजीनियर्ड प्रणाली ने ओलिविन के घुलने की दर लगभग 2.6 गुना बढ़ाई। पायलट सेटअप में प्रतिदिन करीब 0.5 ग्राम वायुमंडलीय CO₂ हटाने की भी रिपोर्ट दी गई।

ये नतीजे एक प्रूफ ऑफ कॉन्सेप्ट हैं: वे दिखाते हैं कि इंजीनियर्ड माइक्रोबियल आयरन-चेलेशन को नियंत्रित समुद्री खनिज-वेदरिंग प्रक्रिया से जोड़ा जा सकता है। लेकिन इनसे यह साबित नहीं होता कि तकनीक व्यावसायिक स्तर पर कितनी मात्रा में कार्बन हटाएगी, प्रति टन खनिज कितनी ऊर्जा लगेगी या इसकी लागत क्या होगी। ये परिणाम समुद्र में ऐसे इंजीनियर्ड जीवों को सीधे छोड़ने की सुरक्षा या प्रभावशीलता भी साबित नहीं करते।

असली कसौटी: पूरा जीवन-चक्र

जेनेटिक इंजीनियरिंग इस प्रणाली का केवल एक हिस्सा है। विश्वसनीय आकलन में पूरी प्रक्रिया से होने वाले उत्सर्जन और संसाधन-उपयोग को शामिल करना होगा, जैसे:

• ओलिविन या किसी अन्य सिलिकेट खनिज का खनन और पीसना;
• खनिज को उपचार स्थल तक पहुंचाना;
• रिएक्टर, टैंक या बेसिन बनाना और चलाना;
• समुद्री जल को पंप और प्रोसेस करना;
• बैक्टीरिया को उगाने या बनाए रखने के लिए पोषक तत्व और ऊर्जा देना; तथा
• उत्पादों को अलग करना और हटाए गए कार्बन की निगरानी करना।

उपलब्ध सारांश का निष्कर्ष सशर्त है: यह प्रक्रिया तभी नेट कार्बन-रिमूवल बन सकती है, जब ऊर्जा और सामग्री से जुड़े इनपुट पर्याप्त रूप से कम-कार्बन हों और खनिज इतनी तेजी से घुले कि उनसे जुड़े उत्सर्जन की भरपाई हो सके।

इसलिए साइट का चुनाव और प्रक्रिया का डिजाइन माइक्रोबियल इंजीनियरिंग जितना ही महत्वपूर्ण होगा। व्यावहारिक प्रणाली के लिए उपयुक्त खनिज और समुद्री जल के स्रोतों के पास संचालन, कम-कार्बन बिजली, सीमित पीसने-पंपिंग और ऐसी लेखांकन पद्धति जरूरी होगी जो सामान्य समुद्री रसायन से होने वाले CO₂ अवशोषण और नए, अतिरिक्त कार्बन-रिमूवल में अंतर कर सके।

बड़े पैमाने पर इस्तेमाल के संभावित रास्ते

खुले या अर्ध-बंद समुद्री जल बेसिन

टीम ने पूरी तरह नियंत्रित रिएक्टरों के मुकाबले खुले या अर्ध-बंद बेसिनों को संभावित रूप से कम लागत वाला विकल्प माना। इनमें समुद्री जल का प्राकृतिक प्रवाह और समुद्री परिस्थितियां कुछ बुनियादी ढांचे और पंपिंग की जरूरत घटा सकती हैं।

लेकिन इसकी कीमत नियंत्रण में कमी के रूप में चुकानी पड़ सकती है। किसी भी खुले सिस्टम को इंजीनियर्ड कोशिकाओं और साइडरोफोर का पर्यावरणीय भाग्य, पतला होना, स्थानीय जीवों से प्रतिस्पर्धा, पोषक तत्वों की मांग, जैव-सुरक्षा और नियंत्रण, तथा अतिरिक्त क्षारीयता और CO₂ हटाने की लगातार पुष्टि जैसे सवालों का जवाब देना होगा। यह चुनौती इसलिए भी महत्वपूर्ण है क्योंकि Alteromonas समुद्री वातावरण में व्यापक रूप से मौजूद है। 1718

स्थानीय खनिज स्रोतों का इस्तेमाल

ओलिविन रसायन को प्रदर्शित करने के लिए उपयोगी है, लेकिन हर जगह यह सबसे सस्ता या आसानी से उपलब्ध फीडस्टॉक हो, यह जरूरी नहीं। भविष्य की प्रणालियां स्थानीय रूप से प्रचुर सिलिकेट-समृद्ध पदार्थों—जैसे कुछ खदान-अवशेष या औद्योगिक उप-उत्पाद—का मूल्यांकन कर सकती हैं। इसके लिए उनकी खनिज संरचना, संभावित प्रदूषक, परिवहन जरूरत और घुलने की दर का अनुकूल होना जरूरी होगा।

सस्ता पदार्थ अपने-आप बेहतर कार्बन-रिमूवल फीडस्टॉक नहीं बन जाता। उसके खनन, कुचलने, सूक्ष्म धातुओं के निकलने और परिवहन से होने वाले उत्सर्जन को भी पूरे आकलन में शामिल करना होगा।

धातु पुनर्प्राप्ति से अतिरिक्त लाभ?

साइडरोफोर लोहे और कुछ अन्य धातुओं को गतिशील बना सकते हैं। इसलिए भविष्य में यह प्रक्रिया उपयुक्त खनिज स्रोतों से मूल्यवान तत्वों की पुनर्प्राप्ति और कार्बन-रिमूवल को साथ जोड़ सकती है। इससे अर्थशास्त्र बेहतर हो सकता है, लेकिन अलग करने, शुद्ध करने, प्रदूषण नियंत्रण और अनुमति से जुड़ी अतिरिक्त जटिलताएं भी आएंगी। उपलब्ध प्रमाण इसे भविष्य की संभावना के रूप में समर्थन करते हैं, प्रमाणित व्यावसायिक आय-स्रोत के रूप में नहीं।

अभी किन सवालों के जवाब बाकी हैं?

नियंत्रित प्रयोगों से आगे बढ़ने से पहले शोधकर्ताओं को यह स्थापित करना होगा कि:

• लंबे समय तक लगातार संचालन में इंजीनियर्ड गुण स्थिर रहते हैं या नहीं;
• प्राकृतिक समुद्री जल के जटिल माइक्रोबियल समुदायों में यह स्ट्रेन कैसा व्यवहार करता है;
• इंजीनियर्ड कोशिकाओं और साइडरोफोर को कैसे नियंत्रित, अलग या हटाया जा सकता है;
• पोषक तत्वों और बिजली की लागत व कार्बन-तीव्रता कितनी है;
• अलग-अलग खनिज समस्याग्रस्त धातुओं या अन्य प्रदूषकों को छोड़ते हैं या नहीं; और
• अतिरिक्त क्षारीयता तथा टिकाऊ वायुमंडलीय CO₂ हटाने को स्वतंत्र रूप से कैसे मापा जाएगा।

इसलिए 2.6 गुना अधिक ओलिविन-विघटन और प्रतिदिन 0.5 ग्राम CO₂ हटाने को शुरुआती इंजीनियरिंग बेंचमार्क के रूप में देखना चाहिए। उपलब्ध स्रोत परियोजना के केंद्रीय विचार—अधिक साइडरोफोर बनाने के लिए A. macleodii को इंजीनियर करना—का समर्थन करते हैं, लेकिन पूरा Nature Biotechnology शोधपत्र और उसके जीवन-चक्र विश्लेषण के तरीकों व मान्यताओं का पर्याप्त विवरण उपलब्ध नहीं कराते। 23

बड़ी तस्वीर यह है कि माइक्रोबियल इंजीनियरिंग खनिज वेदरिंग की रफ्तार बढ़ाने में मदद कर सकती है, लेकिन वह अपने-आप नेट कार्बन-रिमूवल की गारंटी नहीं देती। निर्णायक सवाल यह होगा कि क्या पूरी प्रणाली कम-कार्बन ऊर्जा के साथ पर्याप्त मात्रा में उपयुक्त खनिजों को प्रोसेस कर सकती है—और साथ ही नियंत्रित, मापने योग्य तथा पर्यावरण की दृष्टि से स्वीकार्य बनी रह सकती है।