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，可以儲(chǔ)存光能的紫外線細(xì)菌在供電時(shí)可以從任何類型的有機(jī)廢物中回收近100%的碳，并產(chǎn)生氫氣用于發(fā)電。
“目前，污水處理廠最重要的問題之一是高碳排放，”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?！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)。然而，當(dāng)葉綠素從秋葉上退縮時(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)家來說如此有趣。
普約爾解釋說：“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)類型。
西班牙阿爾卡拉大學(xué)的Abraham Esteve-Nez教授說：“我們小組根據(jù)有機(jī)廢物的來源和市場(chǎng)需求操縱這些條件，將紫色細(xì)菌的新陳代謝調(diào)整到不同的應(yīng)用?！?
“但我們的方法是獨(dú)特的，它使用外部電流來優(yōu)化紫色細(xì)菌的生產(chǎn)力?！?
這個(gè)概念被稱為“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一種共同的貨幣工作：電子連接。例如，需要電子供給來捕獲光能，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，“這表明紫色細(xì)菌可以用來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——蘋果酸和谷氨酸鈉。”
更令人驚訝的是使用電極的結(jié)果，這第一次證明了紫色細(xì)菌可以通過光合作用，利用來自負(fù)極或“陰極”的電子來捕獲CO 2。
“來自我們生物電化學(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，通過光合作用從有機(jī)化合物中捕獲更多的碳，因此釋放的CO 2更少。
生物電化學(xué)制氫系統(tǒng)
作者說，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。
“這項(xiàng)研究的最初目標(biāo)之一是通過從陰極向紫色細(xì)菌代謝提供電子來增加生物氫的產(chǎn)生。然而，似乎PPB細(xì)菌更喜歡用這些電子來固定二氧化碳，而不是產(chǎn)生氫氣。
“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)，并將在未來幾年繼續(xù)努力。繼續(xù)關(guān)注更多的代謝調(diào)整。”
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