蓝色天空 图片来源：Pixabay
快速的全球城市化极大改变了地球的面貌，温室气体污染了我们的大气层，并导致全球变暖。现在急需控制人类活动，为子孙后代寻找更加可持续的替代方式来保护我们星球的剩余资源。
二氧化碳（CO2）和一氧化碳（CO）在工业烟气中占很大比例。最近的研究表明，某些微生物能够将这些气体代谢成有用的副产物。因此，现在科学家正尝试利用微生物回收这些气体，将其转化为有用的化学品。这个过程称为“碳捕获和利用”（carbon capture and utilization (CCU)）。这在目前普遍实施的“碳捕获和储存”（carbon capture and storage (CCS)）的基础上又更进了一步。
质子的供应促进了用于醋酸盐和挥发性脂肪酸生产的CO电合成 图片来源:国立釜山大学
然而，这种CCU需要高能量投入，使得这一过程的大规模应用变得困难并且昂贵。那么，如何优化此过程以获得最大输出？
一个由韩国国立釜山大学Jung Rae Kim教授领导的研究小组对生物电化学系统（Bioelectrochemical system，BES，一个较新的CCU系统）所出现的问题进行了回答。Kim教授解释说：“我们开发了一种‘生物电合成工艺’，其中通过使用电力作为还原驱动力，电活性细菌能将CO/CO2转化成有用的代谢物，如醋酸盐和挥发性脂肪酸。”科学家们能够优化BES，相较于当前的CO气体系统，能将其效率提高2到6倍。他们的研究结果发表在《生物资源技术》杂志上。
他们使用的两室BES具备几个特殊功能以实现这一点。阴极含有电活性生物膜，阳极通过水电解产生氢离子。这些腔室由离子交换膜（ion exchange membrane，IEM）分隔，控制质子和电子在腔室之间的流动。此外，前者含有微生物培养介质，后者则包含控制系统初始pH的机制。此外，还使用了醌电子介质。
他们发现，如果装载合适的IEM（允许质子而不是氧气通过的IEM），阳极室中的酸性pH导致跨膜的质子浓度梯度升高，这是提高醋酸盐产量与在阴极室中合成较长链脂肪酸的关键。醌电子介质提升了电子转移量，增加了产物产量。
Kim教授指出，“由于CO比CO2还原性更强，这样就不难理解，CO的库仑效率是CO2的两倍。CO是大多数钢铁厂的工业废气处理和生物质气化过程中的主要成分。通过该BES转换，它将成为各种生物处理中的有价值原料。这是第一个通过BESs使得CO转换在商业上可行的研究。”Kim教授进一步强调了这些应用：“微生物自我复制，使BES成为一种经济型解决方案，再结合我们已实现的效率和创建的优化系统，应该能使工业界对此产生足够的兴趣，以至于有望在5年内实现相应的商业工业机。”
图片来源：Pixabay
这是一种让地球更清洁、更绿色、更凉爽的方式！
翻译：曾欣欣
审校：董子晨曦
引进来源：韩国国立釜山大学
本文来自：中国数字科技馆
特别声明：本文转载仅仅是出于科普传播信息的需要，并不意味着代表本网站观点或证实其内容的真实性；如其他媒体、网站或个人从本网站转载使用，须保留本网站注明的“来源”，并自负版权等法律责任；作者如果不希望被转载或其它相关事宜，请与我们接洽。
[责任编辑：环球科学]
京公网安备11010502039775号
