可持续化学品生产的一种有前景的方法

碳捕获和利用（CCU）技术对于应对气候变化、同时确保经济可行性至关重要。微生物电合成（MES）已成为一种将 CO2还原为生物燃料和平台化学品的有前途的方法。然而，MES的工业应用受到醋酸盐或甲烷等低价值产品以及高电力需求的阻碍。
在《环境科学与生态技术》杂志上的一项新研究中，赫罗纳大学的研究人员重点研究了低欧姆电阻(15.7 mΩ m2)的高效MES电池。通过分批补料模式，交替使用高二氧化碳和氢气 (H2) 可用性，他们成功促进了乙酸和乙醇的生产。
研究概述
通过链伸长触发选择性（碳基78%）丁酸的生产，在1.0或1.5 mA cm-2的外加电流下获得14.5 gm-2 d-1的平均生产率，而链伸长过程中的关键角色被确定为 Megasphaera sp。
用富集的群落接种第二个细胞复制了丁酸生产率，但在滞后阶段降低了 82%。丁酸成功升级为丁醇，这是一种与现有汽油基础设施兼容的有价值的生物燃料，并用作制药和化学工业中丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯生产的前体。通过中断CO2供应并维持特定的pH和氢分压条件，在pH低于4.8时触发产溶剂丁醇生产。
事实证明，MES 电池设计非常高效，平均电池电压为 2.6-2.8 V，生产丁酸所需电能为 34.6 kWh el kg-1 。尽管由于O2和H2穿过膜的交叉而存在一些限制，但该研究确定了利用 CO 2高效生产丁酸的最佳操作条件。
总之，本研究展示了CO2生物电化学转化为丁酸及其随后在微生物电解池中升级为丁醇的潜力。该工艺有望以可持续且经济可行的方式利用CO2生产有价值的化学品。进一步的研究和开发对于优化大规模应用的工艺至关重要，随着不断的进步，这项技术可以彻底改变化学生产，同时减轻气候变化的影响。
参考文献
Meritxell Romans-Casas et al, Selective butyric acid production from CO2 and its upgrade to butanol in microbial electrosynthesis cells, Environmental Science and Ecotechnology (2023). DOI: 10.1016/j.ese.2023.100303