你今天沖了馬桶上的貴重物品。生活污水和工業(yè)廢水中的有機化合物是豐富的動物飼料、生物塑料甚至蛋白質的潛在能源——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，研究人員已經找到了一種環(huán)保且經濟的解決方案。發(fā)表在《能源研究前沿》上，他們的研究首次表明，支持紫外線的細菌——可以儲存光能——在供電時可以從任何類型的有機廢物中回收近100%的碳，同時產生氫氣用于發(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、西班牙國王胡安卡洛斯大學的丹尼爾普約爾博士說。“我們的光基生物精煉工藝可以提供一種從廢水中獲得綠色能源的方法，而且碳足跡為零?！?
紫色光合細菌
在光合作用方面，綠毛豬成為關注的焦點。但是當葉綠素從秋葉上消退時，它會留下黃色、橙色和紅色的表親。事實上，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光中獲取能量。這些色素會變成橙色、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，使它們對科學家來說非常有趣。普約爾解釋說：“紫色光養(yǎng)細菌由于其高度多樣化的代謝，已經成為回收有機廢物資源的理想工具。細菌可以用有機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)細菌和藻類生長得更快，并能產生氫氣、蛋白質或可生物降解的聚酯作為代謝副產品。
用電調節(jié)代謝產物。
哪種代謝物占主導地位取決于細菌的環(huán)境條件——如光照強度、溫度以及可利用的有機物和營養(yǎng)類型。西班牙阿爾卡拉大學的Abraham Esteve-Nez教授說：“我們小組根據(jù)有機廢物的來源和市場需求對這些條件進行了操縱，并根據(jù)不同的應用對紫色細菌的代謝進行了調整?！薄暗覀兊姆椒ㄊ仟毺氐?，它使用外部電流來優(yōu)化紫色細菌的生產力?！边@個概念被稱為“生物電化學系統(tǒng)”，因為紫色細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，將氮轉化為氨會釋放多余的電子，這些電子必須耗散掉。通過優(yōu)化細菌中的電子流，正電極和負電極(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，該團隊分析了通過紫色發(fā)光細菌物種的混合物最大化制氫的最佳條件。他們還測試了負電流——即生長介質中金屬電極提供的電子——對細菌代謝行為的影響。他們的第一個關鍵發(fā)現(xiàn)，飼料中氫氣產量最高的營養(yǎng)混合物也最大限度地減少了二氧化碳的產生。esteve-Nez說，“這表明紫色細菌可以用來從低碳足跡的廢水中的普通有機物中回收有價值的生物燃料——蘋果酸和谷氨酸鈉?！备俗⒛康氖鞘褂秒姌O的結果，這第一次證明了紫色細菌可以利用負極或“陰極”的電子，通過光合作用捕獲CO2?！皝碜晕覀兩镫娀瘜W系統(tǒng)的記錄顯示，紫色細菌和電極之間存在明顯的相互作用：電極的負極化導致可檢測的電子消耗，這與二氧化碳產生的減少有關。這表明紫色細菌利用陰極的電子通過光合作用從有機化合物中捕獲更多的碳，因此釋放的CO2更少。
走向生物電化學制氫系統(tǒng)
作者說，這是第一次報道在生物電化學系統(tǒng)中使用紫色細菌的混合培養(yǎng)物——這是首次證明與陰極相互作用引起的任何光生物轉化代謝。捕獲紫色細菌產生的過量二氧化碳不僅可以減少碳排放，還可以從有機廢物中提取沼氣作為燃料。然而，普約爾承認，這個團體的真正目標在于未來?！斑@項研究的最初目標之一是通過從陰極向紫色細菌代謝提供電子來增加生物氫的產生。然而，似乎PPB細菌更喜歡使用這些電子來固定二氧化碳，而不是產生H2?！蔽覀冏罱@得了進一步研究的資金，以實現(xiàn)這一目標，并將在未來幾年繼續(xù)努力。請繼續(xù)關注更多的代謝調整。"
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