可持续化学品生产的创新突破

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。MES 已成为一种将 CO 2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。

在最近于 2023 年 7 月 26 日发表在《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进行了一项研究，重点关注具有低欧姆电阻(15.7 mΩ m 2)的高效 MES 电池。通过分批补料模式，交替提供高CO 2和氢气(H 2 ) 可用性，他们成功地促进了乙酸和乙醇的生产。链伸长导致丁酸的选择性(以碳为基础)生产，丁酸是一种用于制药、农业、香水和化学工业的有价值的化学品。施加电流为 1.0 或 1.5 mA cm − 2时，该研究取得了令人印象深刻的丁酸平均生产率 14.5 g m − 2  d − 1 。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 CO 2在 pH 值低于 4.8 时触发产溶剂丁醇生产供应并维持特定的pH值和氢分压条件。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 O 2和 H 2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。

强调

• 低电阻生物电极以补料分批模式恒流运行。

• 交替高pCO 2和pH 2促进生物电CO 2转化为丁酸。

•通过消耗35 kWh kg - 1的能量，实现了14.4 g m - 2  d - 1的速率和78% 的选择性。

• 巨型球菌属。在阴极进行链伸长。

• 在没有CO 2 的情况下，保持pH 2 > 1.7 atm 和pH < 4.8 可促进丁醇生产。

总之，本研究展示了CO 2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CO 2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。