"Gaasfermentatsioon laiemas mõttes on igasugune fermenteerimine, kus kasutatakse gaasilist toitainet toiteallikaks," selgitas Kaspar Valgepea saates "Nutikas". Täpsemalt kasutatakse sellises fermentatsioonis energiaallikana vingugaasi (CO), süsihappegaasi (CO2) või metaani (CH4). Valgepea sõnul tegeleb GasFermTEC labor ainult vingu- ja süsihappegaasiga.

Vanemteaduri sõnul teevad gaasfermentatsiooni võimalikuks atsetogeensed bakterid. Need mikroorganismid võivad edukalt süüa energiavaeseid gaase ning toota neist erinevaid kemikaale ja kütuseid. Samuti võivad nad kasvatada gaasi mõjul enda biomassi näiteks loomasööda jaoks. Valgepea sõnul on kõnealustel bakteritel eeskätt suur rakenduslik potentsiaal.

"Nende bakterite kasutamise ja tehnoloogia rakendamise atraktiivsus ongi just selles, et [...] saame kaks kärbest ühe hoobiga. Saame jäätmetest lahti ning saame isegi jäätmeid väärindada," kirjeldas vanemteadur.

Bakterikasvatus pole õlletegu

Gaasi fermenteerivad bakterid pärinevad Kaspar Valgepea sõnul loomade väljaheidetest. Tema sõnul oletab osa teadlasi, et need bakterid võisid kunagi sattuda Maale hoopis asteroidiga ning toituda meie planeedi toona palju gaasilisemast keskkonnast. Nüüdseks on need laialt levinud, kuid teadlased kasutavad siiski väljaheidete asemel puhtalt kasvatatud bakterikultuure. Laboris kasvatatud baktereid saab aga vajadusel geneetiliselt ümber kujundada.

"Need bakterid on isegi nii vinged tegelased, et mitme huvitava kemikaali ja ka bioetanooli puhuks ei pea isegi nendega midagi tegema," seletas Valgepea. "Kui sa oskad neid õigesti kasvatada õigetes tingimustes, siis ei peagi neid kuidagi geneetiliselt modifitseerima või evolutsioneerima."

Kui aga inimene soovib bakterilt saada ühendeid, mida viimane looduses ei valmista, tuleb siiski mikroorganismi genoomi kallale minna. Vanemteaduri sõnul on ta varem ka ise sellist arendust proovinud. "Võtsime teisest organismist geenid ja panime nendesse rakkudesse, et siis jäätmetest ja heitgaasidest toota bioplasti polühüdroksübutüraati, mis on väga atraktiivne biolagunev plast. Sellest saaks teha joogipudeleid või mida iganes," tõi ta näite.

Selliseid baktereid võib Valgepea sõnul nimetada rakuvabrikuks. "Ühest otsast tehases tuleb toit sisse, millega siis tehas hoiab ennast elus. Teisest tehase otsast tuleb produkt välja," ütles ta. Väljanägemiselt on rakuvabrik vedelikku täis paak, kus bakteritel on vedelfaasis head tingimused, et vedeliku sisse pumbatavast gaasist lõpptoodet sünteesida.

"Tegemist on pideva protsessiga ehk see ei ole nagu õlle või leiva tegemine, et paneme hakkama ja siis paari päeva pärast vaatame, mis välja tuli," kirjeldas teadlane. "Ühes otsas tuleb kogu aeg gaasi peale ja teisest otsast tuleb kogu aeg produkti välja." Tööstusskaalas tähendab see miljoniliitriseid tehasetorne, mille ühest otsast lastakse heitgaas sisse ning teisest otsast saadakse lõpptoodet.

Gaasi saab kõigest

Kaspar Valgepea sõnul on Eesti Bioloogilise Jätkusuutlikkuse Keskuse (ECB) eesmärk leida eeskätt gaasifermentatsioonibakteritele rakendust ja teha koostööd ettevõtetega. Tartu Ülikool on juba käed löönud paberitööstuse ettevõtte Estonian Celliga, et väärindada viimase pudujäätmeid ja reoveesetteid.

Ehkki puit ega reovesi pole gaasilised ained, ei takista see teadlase sõnul neid bakteritele söötmast. "Peaaegu kõike tahket ja orgaanilist on võimalik viia gaasilisse kujusse," ütles ta. Puidu võib näiteks hapnikuvaeses keskkonnas põletada, misjärel tekib vingugaas. Nõnda on puit viidud justkui gaasi kujule. "Kas see gaas, mis sinna sisse tuleb, tuleb mingist korstnast või tuleb ta algselt mingist puidust - bakteritel on sellest ükstapuha," lisas Valgepea.

Väikese kohandamise järel oleks teadlase sõnul võimalik gaasfermentatsiooni abil väärindada ka olmeprügi. Täppisarendusega saaks näiteks reguleerida, millega mis jäätmeid kokku segada või kuidas kindlaid jäätmeid kokku transportida. "Detaile on palju, aga fundamentaalset suurt küsimust või probleemi, mis nagu hoiaks tagasi, ei tohiks olla," sõnas teadlane.

Tuleviku biotehas oleks teisaldatav

Eesti põlevkivitööstuses paiskub õhku peamiselt süsihappegaas. Ehkki bakterite jaoks on vingugaas Valgepea sõnul parem, võib süsihappegaasile vesinikku lisades ka selle väärindamise atraktiivseks muuta. "Me oleme ka ühes RITA projektis hetkel vaatamas võimalusi biotehnoloogiatööstuse seisukohalt, et kas sellesama gaasifermentatsiooniga oleks võimalik suitsugaase väärindada," ütles ta.

Süsihappegaasi väärindamiseks on vaja saada vesinikku. Siin tulevad vanemteaduri sõnul appi taastuvenergiate nagu tuule- või päikeseenergia salvestusmeetodid. Kuigi tuule või päikese abil kogutud vesinikuvaru pole järjepidev, saavad bakterid Valgepea sõnul ka ilma gaasitoiduta hakkama.

"Pikas perspektiivis on ka huvitav tehnoloogia õhust puhtalt CO2 püüdmine," jätkas teadlane. "Me ei pea isegi kusagilt korstnast püüdma. Maailmas on juba esimesed piloottehaseid püsti Šveitsis ja Ameerikas, kus reaalselt imetakse õhust CO2 välja." Šveitsis kasvatatakse õhust püütud süsihappegaasi abil näiteks kasvuhoonetomateid.

"Tulevikus on isegi see mõeldav, et pole vaja lokaalselt jäädet või lokaalset tehast või mingit korstent," oletas Valgpea. Süsihappegaasi õhust korjav tehas oleks teisaldatav ehk seda saaks püstitada probleemsese kohta, et sealne õhusaaste mõneks kemikaaliks väärindada.

Tartu Ülikooli ja Eesti Bioloogilise Jätkusuutlikkuse Keskuse (ECB) juurde loodi 2019. aastal ERA Chair in Gas Fermentation Technologies (GasFermTEC) tipptasemel labor, kus arendatakse gaasfermentatsiooni tehnoloogiaid ning nende integreerimist sünteetilise ja süsteemide bioloogiaga.