韓國能源研究院(KIER)光州清潔能源研究中心李秀妍博士領導的研究小組成功將全球變暖的罪魁禍首二氧化碳轉化為具有抗氧化和抗癌作用的類胡蘿卜素。該研究成果發(fā)表在《ChemSusChem》上。
據(jù)國際能源署估計，2023年全球能源相關二氧化碳排放量達到創(chuàng)紀錄的374億噸，比上年增加1.1%。該國也因二氧化碳排放而面臨氣候變化，今年經(jīng)歷有記錄以來最熱的4月就是明證。
為了解決這一問題，全球都在開發(fā)二氧化碳轉化技術。將二氧化碳轉化為乙烯和丙烯等高價值化學品的技術正成為實現(xiàn)碳中和的關鍵技術，因為它不僅可以減少碳排放，還可以生產(chǎn)出可用于各個行業(yè)的產(chǎn)品。
最近，用于生產(chǎn)化學品的微生物電合成(MES)技術作為一種很有前途的二氧化碳轉化方法而受到關注。MES通常涉及用含有微生物的水創(chuàng)建電解質(zhì)溶液，并將二氧化碳溶解到電解質(zhì)中，然后微生物將其用作營養(yǎng)物質(zhì)。
但在微生物生長的室溫常壓條件下，溶解于水中的二氧化碳量極低，導致微生物所需的營養(yǎng)物質(zhì)不足，最終轉化物質(zhì)的生產(chǎn)率較低。
針對此問題，研究團隊將二氧化碳吸收劑單乙醇胺(C2H7NO)溶解于電解液中，增加微生物(球形紅細菌)可吸收的二氧化碳量，增加微生物對二氧化碳的消耗，從而增強其能量產(chǎn)生、生長和代謝活動，提高轉化物質(zhì)的生產(chǎn)效率。
研究團隊還擴大了轉化產(chǎn)物的范圍，傳統(tǒng)的微生物電合成技術由于二氧化碳濃度低，只能生成丁醇、乙醇等碳原子數(shù)較低的物質(zhì)，而該團隊的技術可以生成碳原子數(shù)較高的類胡蘿卜素。
類胡蘿卜素以其抗細胞衰老作用而聞名，用于化妝品和補充劑，傳統(tǒng)上是通過微生物發(fā)酵生產(chǎn)的。然而，安全和原材料供應問題限制了生產(chǎn)。此外，由于類胡蘿卜素由40個碳原子組成，微生物必須消耗大量二氧化碳才能生產(chǎn)它們。
通過使用高濃度的二氧化碳，研究團隊將生產(chǎn)率比現(xiàn)有技術提高了約四倍，從而能夠通過微生物電合成生產(chǎn)類胡蘿卜素。
高級研究員李洙允博士表示：“這項研究提出了一種通過微生物電合成將二氧化碳轉化為高價值物質(zhì)的新方法。作為生物能源和生物化學領域一種環(huán)保且極具潛力的‘平臺化學’技術，它將通過減少和回收溫室氣體為實現(xiàn)碳中和做出貢獻。”
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