Skies of blue:Genanvendelse af kulstofemissioner til nyttige kemikalier og reduktion af den globale opvarmning

Hurtig global urbanisering har dramatisk ændret vores planets ansigt, forurener vores atmosfære med drivhusgasser og forårsager global opvarmning. Det er tidens behov for at kontrollere vores aktiviteter og finde mere bæredygtige alternativer for at bevare det, der er tilbage af vores planet i de kommende generationer.

Kuldioxid (CO ₂ ) og kulilte (CO) udgør en stor del af industrielle røggasser. Nyere forskning har vist, at visse mikroorganismer er i stand til at metabolisere disse gasser til nyttige biprodukter. Dermed, forsøg er nu rettet mod at bruge mikrober til at genbruge disse gasser og omdanne dem til nyttige kemikalier i en proces kendt som carbon capture and utilisation (CCU). Dette er et skridt ud over den nuværende udbredte praksis med kulstoffangst og -lagring (CCS). Imidlertid, sådan CCU kræver høj energitilførsel, hvilket gør opskaleringen af ​​denne proces vanskelig og dyr. Hvordan kan denne proces så optimeres til maksimalt output?

Et team af forskere fra Korea, ledet af prof. Jung Rae Kim fra Pusan ​​National University, har besvaret dette spørgsmål for et nyere CCU-system kaldet det bioelektrokemiske system (BES). Prof. Kim forklarer, "Vi har udviklet en bioelektrosyntetisk proces, hvor elektroaktive bakterier omdanner CO/CO ₂ til nyttige metabolitter som acetat og flygtige fedtsyrer ved at bruge elektricitet som reducerende kraft." Forskerne var i stand til at optimere BES'er for at øge deres effektivitet med to til seks gange den nuværende systemer til CO-gas. Deres resultater er offentliggjort i Bioressourceteknologi siden januar 2021.

Den to-kammer BES de brugte havde flere specielle funktioner, der opnåede dette. Katoden indeholdt en elektroaktiv biofilm, og anoden producerede hydrogenioner via vandelektrolyse. Disse kamre blev opdelt af en ionbyttermembran (IEM), som styrede strømmen af ​​protoner og elektroner mellem kamrene. Yderligere, mens førstnævnte indeholdt mikrobielle dyrkningsmedier, sidstnævnte indeholdt mekanismer til at kontrollere systemets initiale pH. Ud over, en quinonelektronmediator blev anvendt.

De fandt ud af, at givet den rigtige IEM - en der tillod protoner, men ikke oxygen at passere igennem - forårsagede en sur pH i anodekammeret en højere protonkoncentrationsgradient over membranen, som var nøglen til at øge acetatproduktionen og syntesen af ​​længere kædede fedtsyrer i katodekammeret. De quinonafhængige mediatorer forbedrede elektronoverførsel og øgede produktdannelse.

Prof. Kim udtaler, "Da CO er en mere reduceret gas end CO ₂ , måske ikke overraskende, den coulombiske effektivitet for CO var dobbelt så stor som for CO ₂ . CO er en vigtig komponent i den industrielle afgangsgas fra de fleste stålværksprocesser og biomasseforgasning. Via denne BES konvertering, det kan være et værdifuldt råmateriale til forskellige bioprocesser. Dette er den første undersøgelse, der gør omdannelsen af ​​CO via BES'er kommercielt levedygtig." Fremhæver applikationerne yderligere, han fortsætter:"Mikroberne replikerer sig selv, gør denne BES til en økonomisk løsning. Det kombineret med den effektivitet, vi har opnået, og det optimale system, vi har skabt, burde gøre dette af tilstrækkelig interesse for industrier, så dette bliver kommercielt industrielt maskineri inden for fem år."

Dette er en måde, hvorpå Jorden kunne gøres renere, grønnere og køligere.