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)?！拔覀兊墓饣锞珶捁に嚳梢蕴峁┮环N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。”這個(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。“來(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。”我們最近獲得了進(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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