Den snabba globala urbaniseringen har dramatiskt förändrat vår planets ansikte, förorenar vår atmosfär med växthusgaser och orsakar global uppvärmning. Det är tidens behov att kontrollera våra aktiviteter och hitta mer hållbara alternativ för att bevara det som finns kvar av vår planet för kommande generationer.

Koldioxid (CO ₂ ) och kolmonoxid (CO) utgör en stor andel av industriella rökgaser. Ny forskning har visat att vissa mikroorganismer kan metabolisera dessa gaser till användbara biprodukter. Således, försök riktas nu mot att använda mikrober för att återvinna dessa gaser och omvandla dem till användbara kemikalier i en process som kallas kolinfångning och utnyttjande (CCU). Detta är ett steg bortom den nuvarande utbredda praxisen för avskiljning och lagring av koldioxid (CCS). Dock, sådan CCU kräver hög energitillförsel vilket gör uppskalningen av denna process svår och dyr. Hur kan denna process då optimeras för maximal effekt?

Ett team av forskare från Korea, ledd av prof. Jung Rae Kim från Pusan ​​National University, har svarat på denna fråga för ett nyare CCU-system som kallas det bioelektrokemiska systemet (BES). Prof. Kim förklarar, "Vi har utvecklat en bioelektrosyntetisk process där elektroaktiva bakterier omvandlar CO/CO ₂ till användbara metaboliter som acetat och flyktiga fettsyror med elektricitet som reducerande kraft." Forskarna kunde optimera BES för att öka deras effektivitet med två till sex gånger högre än nuvarande system för CO-gas. Deras resultat publiceras i Bioresursteknologi sedan januari 2021.

Tvåkammar BES de använde hade flera speciella egenskaper som uppnådde detta. Katoden innehöll en elektroaktiv biofilm, och anoden producerade vätejoner via vattenelektrolys. Dessa kammare var uppdelade av ett jonbytarmembran (IEM), som styrde flödet av protoner och elektroner mellan kamrarna. Ytterligare, medan den förra innehöll mikrobiella odlingsmedier, den senare innehöll mekanismer för att kontrollera systemets initiala pH. Dessutom, en kinonelektronmediator användes.

De fann att, givet rätt IEM – en som lät protoner men inte syre passera – orsakade ett surt pH i anodkammaren en högre protonkoncentrationsgradient över membranet, vilket var nyckeln till att förbättra acetatproduktionen och syntesen av långkedjiga fettsyror i katodkammaren. De kinonberoende mediatorerna förbättrade elektronöverföringen och ökade produktbildningen.

Prof. Kim säger, "Eftersom CO är en mer reducerad gas än CO ₂ , kanske inte överraskande, den coulombiska effektiviteten för CO var dubbelt så stor som för CO ₂ . CO är en viktig komponent i den industriella avgasen från de flesta stålverksprocesser och biomassaförgasning. Via denna BES-konvertering, det kan vara ett värdefullt råmaterial för olika bioprocesser. Detta är den första studien som gör omvandlingen av CO via BES kommersiellt gångbar." Belyser applikationerna ytterligare, han fortsätter:"Mikroberna replikerar sig själv, gör detta BES till en ekonomisk lösning. Det i kombination med den effektivitet vi har uppnått och det optimala system vi har skapat borde göra detta av tillräckligt intresse för industrier så att detta blir kommersiella industrimaskiner inom fem år."

Detta är ett sätt på vilket jorden kan göras renare, grönare och svalare.