Artikkel

Bakterier kan overvåke karbonlagring og redde klimaet

Statoil har deponert CO2 under havbunnen på Sleipner-feltet siden 1996.
Statoil fanger om lag 1 mill. tonn CO2 årlig fra naturgass på Sleipner-feltet og lagrer i en formasjon mer enn 800 meter under havbunnen. Forskere foreslår nå at mikroorganismer kan hjelpe med overvåkingen. Illustrasjon: Alligator film - Statoil ASA

Bakterier kan overvåke karbonlagring og redde klimaet

Karbonfangst og -lagring kan antakelig bidra til å redde det globale klimaet, og nå mener UiO-forskere at denne klimateknologien kan få hjelp av mikroorganismer.

Forskere i Norge og andre land har brukt mye tid, penger og krefter på å utvikle teknologier for karbonfangst og -lagring eller CCS, som er den engelske forkortelsen for Carbon Capture and Storage.

Optimismen var stor i mange år etter at daværende statsminister Jens Stoltenberg i 2007 sa at karbonfangst – teknologien som skulle redusere utslippene av klimagasser til atmosfæren – skulle bli «Norges månelanding».

Kjetill Jakobsen og Unni Vik ved Institutt for biovitenskap
Unni Vik og Kjetill S. Jakobsen studerer en mikrobrikke som brukes til å analysere genene hos mikroorganismer som kan bidra til å berge det globale klimaet. Foto: Bjarne Røsjø, UiO. Bruk bildet.

Men det er mye som må være på plass før CCS er en ferdig utviklet klimateknologi. Vi må blant annet kunne skille ut CO2 fra andre gasser på en kostnadseffektiv måte, finne tette deponier hvor CO2 kan lagres, og overvåke deponiene for å være sikre på at klimagassen ikke lekker ut.

Den totale teknologien er ennå ikke ferdig utviklet, og det er stadig et stort behov for nye initiativer.

Kan ta opp CO2 i stummende mørke

En internasjonal forskergruppe med tunge norske bidrag foreslår nå, istedenfor "månelandingen", en «havbunnslanding» som kan sette ny fart i teknologiutviklingen. Forslaget går ut på å ta i bruk bakterier og arkebakterier som hjelpere i innsatsen med å redusere de globale klimautslippene.

– Karbonfangst og -lagring i deponier innebærer en risiko for at klimagassen slipper ut igjen. Vi har vært opptatt av hvordan vi kan oppdage slike lekkasjer, sier forskeren Natalie Hicks ved Scottish Associaton for Marine Science (SAMS). Hun er førsteforfatter på en «Opinion»-artikkel som nå er publisert i det vitenskapelige tidsskriftet Trends in Biotechnology, som regnes for å være verdensledende innen sitt felt.

Plantene bruker som kjent energien i sollyset når de skal omdanne CO2 til sukker. Også mange ulike mikroorganismer har genetiske egenskaper som gjør at de kan ta opp CO2, men uten at det er lys til stede. Dette kan de for eksempel gjøre i stummende mørke på havbunnen.

– Ved en lekkasje fra et undersjøisk CO2-deponi vil klimagassen lekke opp i overliggende sedimenter. Vi forventer da at aktiviteten av CO2-assimilerende mikroorganismer i disse sedimentene vil øke, og nettopp dette er noe vi ser for oss at vi kan utnytte for å overvåke at klimagassen ikke unnslipper, forteller forsker Unni Vik ved Institutt for biovitenskap (IBV) og CEES.

Kan lage nyttige stoffer

– Vi ser også at det er mulig å bruke mikroorganismer til å omdanne CO2 til for eksempel sukkerarter eller andre nyttige stoffer som etanol, melkesyre, metan eller acetat. Da snakker vi ikke lenger bare om karbonfangst og -lagring, men om karbonfangst og utnytting (CCU), tilføyer professor Kjetill S. Jakobsen – også han ved IBV og CEES.

Vik og Jakobsen har samarbeidet med biogeokjemikere, bioinformatikere og geologer i Skottland og Hellas samt ved Norges Geotekniske Institutt (NGI).

Mikroorganismene utnytter en annen energikilde enn lys. De kan hente denne energien fra det kjemikerne kaller redoks-prosesser. På havbunnen finnes det blant annet hydrogensulfid, som inneholder energi som kan utnyttes på denne måten.

Forskerne påpeker at mange mikroorganismer har evnen til å reagere raskt på endringer i miljøet og begynne å binde tilført CO2. Mikroorganismene har denne muligheten fordi de fra naturens side er utstyrt med gener for biokjemiske synteseveier.

Disse synteseveiene kan potensielt utnyttes gjennom å genmodifisere mikroorganismer, slik at de blir bedre i stand til å binde CO2.

Klimaendringene er den største trusselen

– Når det gjelder bakterienes evne til å omdanne CO2 til nyttige substanser, ser det ikke ut til at prosessen er effektiv nok hos bakterier som finnes i naturen. Derfor går vi så langt som til å foreslå at det bør igangsettes et større prosjekt for å genmodifisere utvalgte bakterier, slik at de blir mer effektive til å fiksere CO2. Dette kan bakteriene gjøre på havbunnen, eller de kan til og med fiksere CO2 nede i reservoarene. Der kan de omdanne CO2 til andre stoffer som ikke kan unnslippe, foreslår Jakobsen.

Jakobsen tilføyer at det kan være kontroversielt å bruke genmodifiserte organismer på denne måten, men han påpeker at bakterier nede i reservoarene i prinsippet befinner seg i et lukket system.

– Dessuten er de pågående klimaendringene så alvorlige, og behovet for å utvikle både CCS og CCU er så stort, at vi må snu hver stein for å få til dette. Klimaendringene er mer alvorlige enn risikoen ved å bruke genmodifiserte organismer i lukkede systemer, mener Jakobsen.

I artikkelen beskriver forskerne blant annet at naturlige samfunn av mikroorganismer på havbunnen kan brukes til å overvåke CO2-deponier nede i dypet.

Utviklingen innen genteknologien er nå kommet så langt at det snart er mulig å plassere små «analysebokser» på havbunnen over et deponi – og disse boksene kan foreta jevnlige genetiske analyser av de bunnlevende mikroorganismene og gi beskjed om når samfunnet der nede endrer seg på en måte som varsler om CO2-lekkasje.

Kjetill S. Jakobsen med teknisk utstyr for genanalyse
Kjetill S. Jakobsen studerer fremdriften i en avansert DNA-analyse. Foto: Bjarne Røsjø, UiO Bruk bildet.

Inspirert av islandsk forskning

Mens forskerne jobbet med artikkelen som nå er publisert, ble de inspirert av nyheten om at forskere på Island har klart å lagre CO2 i basaltiske bergarter. Under visse forhold blir klimagassen omdannet til det faste stoffet kalsiumkarbonat, som er stabilt.

– Vi ble også inspirert av amerikanske forskere som nylig viste at det er mulig å lage en kunstig fotosyntese ved hjelp av bakterier som fikserer CO2 ved å utnytte energi som blir tilført via nanotråder. Dette viser at naturen kan gi viktige bidrag til å løse klimaproblemene, hvis den bare får litt hjelp, sier Jakobsen.

Unni Vik og Kjetill S. Jakobsen forteller at det finnes interessante gener hos et bredt spekter av mikroorganismer.

– Hvis vi skal bruke mikroorganismer nede i nedtappede oljereservoarer, må vi tenke på organismer som er tilpasset mer ekstreme miljøer med høye trykk og temperaturer. Det finnes mange slike organismer å velge blant. Det er vel heller ikke slik at én bakterie-art kan gjøre alt det som trengs – vi ser heller for oss at vi kan utvikle små samfunn av bakterier, foreslår Vik.

85 prosent av CO2 bare forsvant

Natalie Hicks' forskergruppe ved Scottish Association for Marine Science gjorde et eksperiment der de slapp ut 4,2 tonn CO2 under havbunnen i en bukt i Skottland.

– Hensikten var blant annet å undersøke om det lot seg gjøre å påvise denne gassen i vannmassene over utslippet, men det viste seg at forskernes måleapparater bare klarte å påvise 15 prosent av utslippet. Utslippet hadde imidlertid en åpenbar effekt på makrofaunaen rundt utslippet, forteller Vik.

Dette eksperimentet styrket forskerne i troen på at biologisk overvåking er velegnet til å påvise lekkasjer fra CO2-deponier.

– Vi tror at biologisk overvåking kan brukes til å påvise både store og små lekkasjer, på en måte som er både sikrere og rimeligere enn overvåking med for eksempel seismikk eller andre tekniske metoder, sier Vik.

Finansiert av ClimIT

Den norske delen av prosjektet ble delfinansiert av CLIMIT, som er et offentlig program for å akselerere kommersialisering av CO2-håndtering gjennom økonomisk stimulering av forskning, utvikling og demonstrasjon.

Programmet er et samarbeid mellom Forskningsrådet og Gassnova. 

Les også på Titan.uio.no:

Lar bakteriene bygge betong

Jakter på teknologi som stjeler CO2 fra atmosfæren

Med i nytt FME-senter for CO2 håndtering

Kontakt:

Forsker Unni Vik (@unnivik), Institutt for biovitenskap og CEES

Professor Kjetill S. Jakobsen (@kjetillj), Institutt for biovitenskap, CELS og CEES

Fagansvarlig Joonsang Park, Norges Geotekniske Institutt

Les mer:

Hicks et al.: “Using prokaryotes for Carbon Capture and Storage”. Trends in Biotechnology,  October 3, 2016

Forsker Reidun Sirevåg, Instiutt for biovitenskap: Gjennombrudd kan fjerne CO2. Artikkel i Aftenposten Viten

Chong Liu m.fl.: Nanowire-Bacteria Hybrids for Unassisted Solar Carbon Dioxide Fixation to Value-added Chemicals. Nano Letters 2015

Aktuelle forskergrupper ved UiO:

Centre for Ecological and Evolutionary Synthesis (CEES)

Centre for Computational Inference in Evolutionary Life Science (CELS)

Skriv ny kommentar

Verifiser deg (din epost-adresse vil ikke bli vist offentlig)

Les også

Henrik Svensen

Steinbra formidler

Henrik Svensen ble tidlig bergtatt av steiner og Jordens eldgamle mysterier. Nå er han hedret for sitt arbeid med å bringe denne kunnskapen ut til folk.
Teamet som har utviklet den nye elektrolysemodulen

Nye materialer produserer hydrogen mer effektivt og klimavennlig

Drømmen om å bruke en spesiell type keramiske materialer til elektrolyse ved høye temperaturer er snart 30 år gammel, men nå har professor Truls Norby og samarbeidspartnere fått det til. Metoden kan for eksempel omdanne en blanding av metan og vanndamp til hydrogengass og ren CO2, som kan deponeres offshore.