紫菌電池將污水轉(zhuǎn)化為清潔能源

你今天沖了馬桶上的貴重物品。生活污水和工業(yè)廢水中的有機(jī)化合物是豐富的動(dòng)物飼料、生物塑料甚至蛋白質(zhì)的潛在能源——但由于沒(méi)有有效的提取方法，處理廠(chǎng)將其作為污染物丟棄?，F(xiàn)在，研究人員已經(jīng)找到了一種環(huán)保且經(jīng)濟(jì)的解決方案。發(fā)表在《能源研究前沿》上，他們的研究首次表明，能夠儲(chǔ)存光能的支持紫外線(xiàn)的細(xì)菌可以從任何類(lèi)型的有機(jī)廢物中回收近100%的碳，并在供電時(shí)產(chǎn)生氫氣用于發(fā)電。“目前，污水處理廠(chǎng)最重要的問(wèn)題之一是高碳排放，”合著者、西班牙國(guó)王胡安卡洛斯大學(xué)的丹尼爾普約爾博士說(shuō)。“我們的光基生物精煉工藝可以提供一種從廢水中獲得綠色能源的方法，而且碳足跡為零?！?

紫色光合細(xì)菌

在光合作用方面，綠毛豬成為關(guān)注的焦點(diǎn)。但是當(dāng)葉綠素從秋葉上消退時(shí)，它會(huì)留下黃色、橙色和紅色的表親。事實(shí)上，光合色素有各種各樣的顏色，也有各種各樣的生物。提示紫色光養(yǎng)菌。他們使用各種顏料從陽(yáng)光中獲取能量。這些色素會(huì)變成橙色、紅色或棕色和紫色。但是它們新陳代謝的多樣性，而不是它們的顏色，使它們對(duì)科學(xué)家來(lái)說(shuō)非常有趣。普約爾解釋說(shuō)：“紫色光養(yǎng)細(xì)菌由于其高度多樣化的代謝，已經(jīng)成為回收有機(jī)廢物資源的理想工具。細(xì)菌可以用有機(jī)分子和氮代替二氧化碳和H2O，為光合作用提供碳、電子和氮。這意味著它們比替代的光養(yǎng)細(xì)菌和藻類(lèi)生長(zhǎng)得更快，并能產(chǎn)生氫氣、蛋白質(zhì)或可生物降解的聚酯作為代謝副產(chǎn)品。

用電調(diào)節(jié)代謝產(chǎn)物。

哪種代謝物占主導(dǎo)地位取決于細(xì)菌的環(huán)境條件——如光照強(qiáng)度、溫度以及可利用的有機(jī)物和營(yíng)養(yǎng)類(lèi)型。西班牙阿爾卡拉大學(xué)的Abraham Esteve-Nez教授說(shuō)：“我們小組根據(jù)有機(jī)廢物的來(lái)源和市場(chǎng)需求對(duì)這些條件進(jìn)行了操縱，并根據(jù)不同的應(yīng)用對(duì)紫色細(xì)菌的代謝進(jìn)行了調(diào)整?！薄暗覀兊姆椒ㄊ仟?dú)特的，它使用外部電流來(lái)優(yōu)化紫色細(xì)菌的生產(chǎn)力?！边@個(gè)概念被稱(chēng)為“生物電化學(xué)系統(tǒng)”，因?yàn)樽仙?xì)菌中的許多代謝途徑通過(guò)一種共同的貨幣工作：電子連接。例如，需要電子供給來(lái)捕獲光能，將氮轉(zhuǎn)化為氨會(huì)釋放多余的電子，這些電子必須耗散掉。通過(guò)優(yōu)化細(xì)菌中的電子流，正電極和負(fù)電極(如電池)提供的電流可以限制這些過(guò)程并最大化合成速率。

最大的生物燃料，最小的碳足跡

在他們的最新研究中，該團(tuán)隊(duì)分析了通過(guò)紫色發(fā)光細(xì)菌物種的混合物最大化制氫的最佳條件。他們還測(cè)試了負(fù)電流——即生長(zhǎng)介質(zhì)中金屬電極提供的電子——對(duì)細(xì)菌代謝行為的影響。他們的第一個(gè)關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)，飼料中氫氣產(chǎn)量最高的營(yíng)養(yǎng)混合物也最大限度地減少了二氧化碳的產(chǎn)生。esteve-Nez說(shuō)，“這表明紫色細(xì)菌可以用來(lái)從低碳足跡的廢水中的普通有機(jī)物中回收有價(jià)值的生物燃料——蘋(píng)果酸和谷氨酸鈉?！备俗⒛康氖鞘褂秒姌O的結(jié)果，這第一次證明了紫色細(xì)菌可以利用負(fù)極或“陰極”的電子，通過(guò)光合作用捕獲CO2?！皝?lái)自我們生物電化學(xué)系統(tǒng)的記錄顯示，紫色細(xì)菌和電極之間存在明顯的相互作用：電極的負(fù)極化導(dǎo)致可檢測(cè)的電子消耗，這與二氧化碳產(chǎn)生的減少有關(guān)。這表明紫色細(xì)菌利用陰極的電子通過(guò)光合作用從有機(jī)化合物中捕獲更多的碳，因此釋放的CO2更少。

走向生物電化學(xué)制氫系統(tǒng)

作者說(shuō)，這是第一次報(bào)道在生物電化學(xué)系統(tǒng)中使用紫色細(xì)菌的混合培養(yǎng)物——這是首次證明與陰極相互作用引起的任何光生物轉(zhuǎn)化代謝。捕獲紫色細(xì)菌產(chǎn)生的過(guò)量二氧化碳不僅可以減少碳排放，還可以從有機(jī)廢物中提取沼氣作為燃料。然而，普約爾承認(rèn)，這個(gè)團(tuán)體的真正目標(biāo)在于未來(lái)?！斑@項(xiàng)研究的最初目標(biāo)之一是通過(guò)從陰極向紫色細(xì)菌代謝提供電子來(lái)增加生物氫的產(chǎn)生。然而，似乎PPB細(xì)菌更喜歡使用這些電子來(lái)固定二氧化碳，而不是產(chǎn)生H2?！蔽覀冏罱@得了進(jìn)一步研究的資金，以實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，并將在未來(lái)幾年繼續(xù)努力。請(qǐng)繼續(xù)關(guān)注更多的代謝調(diào)整。"

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