En forskargrupp ledd av Dr. Lee Soo Youn vid Gwangju Clean Energy Research Center vid Korea Institute of Energy Research (KIER) har framgångsrikt omvandlat koldioxid, den främsta boven bakom den globala uppvärmningen, till karotenoider, som har antioxidant- och anticancereffekter. Resultaten publicerades i ChemSusChem .
Enligt International Energy Agency nådde de globala energirelaterade koldioxidutsläppen rekordhöga 37,4 miljarder ton 2023, en ökning med 1,1 % från föregående år. Landet står också inför klimatförändringar på grund av koldioxidutsläpp, vilket framgår av att uppleva den varmaste april någonsin i år.
För att lösa detta problem utvecklas tekniker för koldioxidomvandling globalt. Tekniken för att omvandla koldioxid till högvärdiga kemikalier som eten och propen växer fram som en nyckelteknologi för att uppnå koldioxidneutralitet, eftersom den inte bara minskar koldioxidutsläppen utan också producerar produkter som kan användas i olika industrier.
Nyligen har mikrobiell elektrosyntes (MES)-teknik för framställning av kemikalier fått uppmärksamhet som en lovande metod för koldioxidomvandling. MES innebär vanligtvis att skapa en elektrolytlösning med vatten som innehåller mikroorganismer och lösa upp koldioxid i elektrolyten, som mikroorganismerna sedan använder som näringsämnen.
Men i rumstemperatur och normala tryckförhållanden där mikroorganismer växer, är mängden koldioxid som löses i vatten mycket låg, vilket leder till brist på näringsämnen för mikroorganismerna och resulterar i låg produktivitet hos de slutligt omvandlade ämnena.
För att lösa detta problem löste forskargruppen den koldioxidabsorberande monoetanolaminen (C2 H7 NO) i elektrolyten för att öka mängden koldioxid som är tillgänglig för mikroorganismerna (Rhodobacter sphaeroides). Detta tillvägagångssätt ökade mikroorganismernas konsumtion av koldioxid, vilket förbättrade deras energiproduktion, tillväxt och metaboliska aktiviteter, vilket i sin tur förbättrade produktionseffektiviteten för de omvandlade ämnena.
Forskargruppen utökade också utbudet av konverteringsprodukter. Medan konventionell mikrobiell elektrosyntesteknik producerar ämnen med låga kolhalter, som butanol och etanol, på grund av låga koldioxidkoncentrationer, kan teamets teknologi producera karotenoider med högre kolantal.
Karotenoider, kända för sina anti-aging effekter på celler och används i kosmetika och kosttillskott, produceras traditionellt genom mikrobiell jäsning. Problem med säkerhet och råvaruförsörjning har dock begränsad produktion. Dessutom, eftersom karotenoider består av 40 kolatomer, måste mikroorganismer konsumera stora mängder koldioxid för att producera dem.
Genom att använda en hög koncentration av koldioxid förbättrade forskargruppen produktiviteten med ungefär fyra gånger jämfört med befintlig teknik, vilket möjliggjorde produktion av karotenoider genom mikrobiell elektrosyntes.
Dr. Lee Soo Youn, seniorforskaren, sa:"Denna forskning presenterar ett nytt tillvägagångssätt för att omvandla koldioxid till högvärdiga ämnen genom mikrobiell elektrosyntes. Som en miljövänlig och mycket potentiell "plattformskemikalie"-teknik inom bioenergi och biokemi fält kommer det att bidra till att uppnå koldioxidneutralitet genom att minska och återvinna växthusgaser."
Mer information: Hui Su Kim et al, Enhancing microbial CO2 electrocatalysis for multicarbon reduction in a wet amine-based catholyte, ChemSusChem (2024). DOI:10.1002/cssc.202301342
Tillhandahålls av National Research Council of Science and Technology
